JPH10507118A - Signal processing device - Google Patents

Signal processing device

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JPH10507118A JP8514054A JP51405496A JPH10507118A JP H10507118 A JPH10507118 A JP H10507118A JP 8514054 A JP8514054 A JP 8514054A JP 51405496 A JP51405496 A JP 51405496A JP H10507118 A JPH10507118 A JP H10507118A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、検出器(20、320)により受信される、一次部分及び二次部分を含むようにモデル化された2つの測定信号を分析する方法及び装置に関する。本発明により定義されるモデルによれば、係数が2つの測定信号に関連する。1つの実施形態では、本発明は、変換を使用して適切な係数を見出すことを含む。別の実施形態では、本発明は、統計的関数若しくはフーリエ変換及びウィンドウ技術を用いて、2つの測定信号に関連する係数を決定する。本発明の使用は、血液酸素計測に関して特に詳細に述べられている。 SUMMARY The present invention relates to a method and apparatus for analyzing two measurement signals received by a detector (20, 320) modeled to include a primary part and a secondary part. According to the model defined according to the invention, the coefficients relate to the two measurement signals. In one embodiment, the present invention involves using a transform to find the appropriate coefficients. In another embodiment, the invention uses statistical functions or Fourier transforms and window techniques to determine coefficients associated with the two measurement signals. The use of the present invention has been described in particular detail with respect to blood oximetry.

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称:信号処理装置 発明の背景 発明の分野 本発明は信号処理の分野に関する。より詳細には、本発明は、一次信号部分及 び二次信号部分を含む測定信号の処理に関し、測定信号のこれらコンポーネント のいずれについてもほとんどわかっていない時に、一次信号部分又は二次信号部 分のいずれかを除去又は導出するように測定信号を処理することに関する。さら に詳細に言えば、本発明は、一次信号部分と二次信号部分の間の相関を最少化し て一次信号及び/又は二次信号を生成することを簡便化する新規方法により測定 信号をモデリングすることに関する。本発明は血液酸素飽和系を含む生理学的モ ニタリングシステムに特に有用である。関連技術の記述 典型的に信号プロセッサは、一次信号部分及び二次信号部分を含む複合測定信 号から一次信号部分又は二次信号部分のいずれかを除去又は導出するように使用 される。例えば、複合信号はノイズと必要部分とを含み得る。二次信号部分が一 次信号部分とは異なる周波数スペクトルを占める場合には、低域通過フィルタ、 帯域通過フィルタ、及び高域通過フィルタ等の従来のフィルタリング技術を利用 して、全体の信号から一次信号部分又は二次信号部分のいずれかを除去又は導出 することができる。一次信号部分及び/又は二次信号部分が固定周波数で存在す る場合には、固定シングル又はマルチノッチフィルタも使用できる。 一次信号部分と二次信号部分の間に周波数スペクトルの重複部分が存在するこ とはよくあるケースである。さらに複雑なことに、一次信号部分及び二次信号部 分の一方又は双方の統計的特性は時間と共に変化する。このような場合には、従 来のフィルタリング技術は一次信号又は二次信号のいずれを抽出するにも無効で ある。しかしながら、一次信号部分又は二次信号部分のいずれかの記述を導出で きれば、適応ノイズキャンセル等の相関キャンセルを使用して、信号の一次信号 部分又は二次信号部分のいずれかを除去して他の部分と分離することができる。 換言すれば、信号部分の1つの部分に関する十分な情報があれば、その信号部分 を抽出することができる。 適応ノイズキャンセラ等の従来の相関キャンセラは、複合信号の部分に適応し て除去するように、その伝達関数を動的変更する。しかしながら、相関キャンセ ラには、二次信号部分のみに相関する二次基準か、又は一次信号部分のみに相関 する一次基準か、のいずれかが必要である。例えば、測定信号がノイズと必要な 信号とを含む場合、ノイズ基準を利用できれば相関キャンセラを用いてノイズを 除去することができる。これはよくあることである。基準信号の振幅は対応する 一次信号部分又は二次信号部分の振幅と必ずしも同じである必要はないが、それ らは一次信号部分又は二次信号部分の周波数スペクトルに類似した周波数スペク トルを有する。 多くの場合、二次信号部分及び/又は一次信号部分については何も又はほとん ど知られていない。一次信号部分及び二次信号部分を含む測定信号のこれら部分 に関する情報を容易に決定できない1つの領域は、生理学的モニタリングである 。生理学的モニタリングは一般に、人体等の生理学系から得られる測定信号を含 む。典型的に生理学的モニタリングシステムを用いて行われる測定は、例えば心 電図、血圧、血液ガス飽和度(例えば酸素飽和度)、カプノグラフ、他の血液成 分モニタリング、心拍数、呼吸数、脳電図(EGG)、及び麻酔深さを含む。他 のタイプの測定には、人体内の物質の圧力及び量の測定があり、例えば心拍出量 、静脈酸素飽和度、動脈酸素飽和度、ビリルビン、全ヘモグロビン量、呼吸検査 、薬物検査、コレステロール検査、グルコース検査、溢血、及び二酸化炭素検査 、プロテイン検査、一酸化炭素検査、及び他の生体内の測定等がある。かかる測 定において生じる複雑な問題は、測定過程中の患者の外的及び内的動作(例えば 筋肉運動、静脈運動、及びプローブ等の動き)に起因する。 選択された形態のエネルギーが媒体を通過する時の既知のエネルギー減衰特性 を用いることにより、多くのタイプの生理学的測定を行うことができる。 血液ガスモニタは、生物組織又は成分により減衰されるエネルギーの測定に基 づく生理学的モニタリングシステムの一例である。血液ガスモニタは、検査媒体 中に光を送り、その光の減衰を時間の関数として測定する。動脈血液に反応する 血液ガスモニタの出力信号は、患者の動脈拍動を表す波形である成分を含む。患 者の拍動に関連する成分を含むこのタイプの信号はプレチスモグラフ波と呼ばれ 、これは図1の曲線sで示される。プレチスモグラフ波形は血液ガス飽和度測定 で用いられる。心拍のように、動脈中の血液量が増減することにより、図1の周 期波sにより示されるようにエネルギー減衰に増減が生じる。 血液ガス減衰測定のために光エネルギーを透過させる媒体として、血液が皮膚 近くで流れる指、耳たぶ又は人体の他の部分を使用するのが典型的である。図2 で概略的に示す指は皮膚、脂肪、骨、筋肉等を含み、その各々は、略予測可能且 つ一定に、指への入射エネルギーを減衰させる。しかしながら、例えば指の肉厚 の部分が不意に押されたりすると、指の動きによりエネルギー減衰が随伴性とな る。 より現実的な測定波形Sの一例を図3で示す。これは動作の影響を示している 。信号の一次プレチスモグラフ波形sは脈拍を表す波形であり、図1のノコギリ 状パターンに対応する。二次的な動作により生じる信号振幅の大きな変位により プレチスモグラフ信号sが不明瞭になる。振幅にわずかな変化が生じても、二次 信号成分nの存在下で一次信号成分sを識別するのは困難である。 脈拍酸素計は、血液中の動脈酸素飽和度を非侵入的に測定する血液ガスモニタ の1つのタイプである。心臓のポンプ作用により、新たに酸素を含んだ血液が動 脈内に送り込まれ、より大きなエネルギー減衰が生じる。当該技術ではよく理解 されているように、酸素含有血液の動脈飽和度は、別々の波長において測定され た2つのプレチスモグラフ波形のピークに対する谷の深さから測定され得る。図 3で示されるプレチスモグラフ波形に表されるように、患者の動作により複合信 号に動作アーチファクトが加わる。このような動作アーチファクトにより測定信 号が乱される。 発明の要旨 本発明は、信号処理装置(Signal Processing Apparatus)という名称の米国 特許出願第08/132,812号(1993年10月6日出願)で示された方 法及び装置の改良である(この特許出願は本願の譲渡人に譲渡されている)。本 発明は、複合測定信号の一次信号部分又は二次信号部分のいずれかを分離するた めに本発明による新規の信号モデルを用いる幾つかの異なる実施形態を含む。1 つの実施形態では、信号プロセッサは、第1測定信号と、この第1測定信号に相 関する第2測定信号を得る。第1信号は、第1の一次信号部分と第1の二次信号 部分を含む。第2信号は、第2の一次信号部分と第2の二次信号部分を含む。こ れらの信号は、媒体にエネルギーを伝播させ、透過又は反射後の減衰信号を測定 することにより得ることができる。あるいは、これら信号は媒体の発生するエネ ルギーを測定することによって得ることもできる。 或る実施形態では、第1測定信号及び第2測定信号は、第1測定信号又は第2 測定信号のいずれかから一次信号部分を含まない二次基準を生成するように処理 される。この二次基準は、第1測定信号及び第2測定信号の各々の二次信号部分 に相関する。二次基準は、例えば適応ノイズキャンセラ等の相関キャンセラを介 して第1測定信号及び第2測定信号の各々の二次部分を除去するように用いられ る。相関キャンセラは、第1入力及び第2入力を得て、第2入力に相関する全て の信号成分を第1入力から取り去るデバイスである。本明細書中では、このよう な機能を実行する又はほぼ実行する任意のユニットを相関キャンセラと考える。 適応相関キャンセラは、基準信号及び測定信号に応答してその伝達関数を動的 に変更して基準信号に存在する周波数を測定信号から除去する動的マルチノッチ フィルタに類比して説明することができる。故に、典型的な適応相関キャンセラ は、或る成分を除去する必要のある信号を受信し、その不要部分の基準信号を受 信する。相関キャンセラの出力は、不要部分を除去された所望な信号に対する有 効な近似である。 あるいは、第1測定信号及び第2測定信号は、それらのいずれかから二次信号 部分を含まない一次基準を生成するように処理され得る。次いで一次基準は、相 関キャンセラを介して第1測定信号及び第2測定信号の各信号の一次部分を除去 するように使用され得る。相関キャンセラの出力は、一次信号を除去された二次 信号に対する有効な近似であり、同一機器又は補助機器におけるその後の処理に 使用され得る。この能力においては、第1測定信号若しくは第2測定信号のいず れかと共に第2相関キャンセラに入力される基準信号として、二次信号に対する 近似を使用することにより、それぞれ第1の一次信号部分若しくは第2の一次信 号部分のいずれかを計算することができる。 生理学的モニタは、本発明の信号プロセッサから利益を得ることができる。生 理学的測定においてはしばしば、第1の一次部分と第1の二次部分を含む第1信 号と、第2の一次部分及び第2の二次部分を含む第2信号が得られる。患者の身 体(又は例えば呼気、血液、若しくは組織等の人体から得られる物質)を通るよ うに又は静脈内にエネルギーを送り、透過又は反射後に減衰信号を測定すること により、これら信号を得ることができる。あるいは、例えば心電図において等、 信号は患者の身体により生成されたエネルギーを測定することにより得られるこ とができる。本発明の信号プロセッサを介して信号を処理することにより、適応 ノイズキャンセラ等の相関キャンセラに入力される二次基準又は一次基準のいず れかが得られる。 本発明から利益を得る1つの生理学的モニタリング装置は、プレチスモグラフ 波と呼ばれる動脈拍動を表す信号を測定するモニタリングシステムである。この 信号は、血圧測定、血液成分測定等に使用することができる。このような使用の 特定的な例は、脈拍酸素計測法である。脈拍酸素計測法は、血液中の酸素飽和度 の測定を含む。このような構成では、信号の一次部分は、血液が皮膚近くを流れ る人体の部分をエネルギーが通過する時のエネルギー減衰に対する動脈血液の寄 度である。心臓のポンプ作用により、周期的に動脈内に血液流量の増減が生じて 周期的な減衰が生じるが、周期的な波形は動脈拍動を表すプレチスモグラフ波形 である。二次部分はノイズである。本発明では、エネルギーが人体を通過する時 のエネルギー減衰に対する静脈血液の寄与にこの信号の二次部分が関連するよう に、測定信号をモデリングする。二次部分はまた患者の動作に起因するアーチフ ァクトを含み、このアーチファクトにより静脈血液が予測不可能に流れることに よって予測不可能な減衰が生じ、周期的なプレチスモグラフ波形が乱される。呼 吸もまた、患者の脈拍数より低い周波数であるのが典型的であるが、二次部分又 はノイズ部分に変化を生じさせる。従って本発明によれば、プレチスモグラフ波 形を形成する測定信号は、その一次部分が減衰に対する動脈血液の寄与を示し、 その二次部分が他の幾つかのパラメータに起因するように、モデリングされる。 脈拍酸素計測法による酸素飽和度測定に特定的に適用される生理学的モニタは 、異なる波長の光を発して第1信号及び第2信号を生成する2つの発光ダイオー ド(LED)を含む。2つの異なるエネルギー信号の各々が、例えば指又は耳た ぶ等の吸収媒体を通過した後に、これら2つの異なるエネルギー信号の減衰を検 出器が記録する。減衰信号は概して、一次信号部分(動脈に関する減衰)及び二 次信号部分(ノイズ)の両部分を含む。帯域通過フィルタ等の静的フィルタリン グシステムが、対象とする既知の帯幅外の二次信号の部分を除去すると、しばし ば動作により生じる又はしばしば除去することの困難な随伴性の又はランダムな 二次信号部分が一次信号部分と共に残ってしまう。 本発明の1つの実施形態によるプロセッサは、測定信号から一次信号部分を除 去して、残りの二次信号部分の組み合わせである二次基準を得る。二次基準は、 両方の二次信号部分に相関する。二次基準と少なくとも1つの測定信号は、二次 信号のランダムな又は随伴性の部分を除去する適応ノイズキャンセラ等の相関キ ャンセラに入力される。これにより、測定信号波長の1つで測定された一次プレ チスモグラフ信号に対する有効な近似が得られる。当該技術で知られるように、 人体内の酸素含有動脈血液量の定量的測定は、プレチスモグラフ信号から多様な 方法で得ることができる。 本発明のプロセッサはまた、測定信号から二次信号部分を除去して、残りの一 次信号部分の組み合わせである一次基準を得ることができる。この一次基準は、 両方の一次信号部分に相関する。一次基準と測定信号の少なくとも1つは、測定 信号の一次部分を除去する相関キャンセラに入力される。これにより、測定信号 の波長の1つにおける二次信号に対する有効な近似が得られる。この信号は、補 助機器から二次信号を除去するだけでなく、静脈血液酸素飽和度を測定すること にも有用であり得る。 本発明の信号モデルによれば、各々が一次信号部分及び二次信号部分を有する 2つの測定信号を係数により関連づけることができる。本発明により規定される 係数に関して2つの式を関連づけることにより、係数は動脈酸素飽和度とノイズ (静脈酸素飽和度と他のパラメータ)に関する情報を提供する。本発明のこの態 様によれば、モデルにおいて規定された一次信号部分と二次信号部分との間の相 関を最小化することにより、係数を決定できる。従って、本発明の信号モデルを 多くの方法で用いて測定信号に関する情報を得ることができる。これについては 好適な実施形態の詳細な説明においてさらに明らかになるであろう。 本発明の一態様は、少なくとも2つの測定信号S1及びS2を処理するために信 号プロセッサにおいて使用される方法である。少なくとも2つの測定信号の各々 は一次信号部分sと二次信号部分nを含み、信号S1及びS2は以下の関係にある 。 S1=s1+n1 2=s2+n2 ここで、s1、s2、n1、n2は以下の関係を有する。 s1=ra2、及び、n1=rv2 上記式においてra、rvは係数である。 本発明の方法は多くのステップからなる。s1とn1の間の相関を最小化する係 数raの値が決定される。次いで、決定されたraの値を用いて第1信号及び第2 信号の少なくとも1つが、第1測定信号又は第2測定信号の少なくとも1つから nを減算するように処理され、クリーンな信号が形成される。 或る実施形態では、クリーンな信号はディスプレイ上にディスプレイされる。 第1信号と第2信号が生理学的信号である別の実施形態では、上記方法はさらに 、クリーンな信号を処理して、第1測定信号又は第2測定信号から生理学的パラ メータを決定するステップを含む。或る実施形態では、パラメータは動脈酸素飽 和度である。別の実施形態では、パラメータはECG信号である。測定信号の第 1部分が心臓プレチスモグラフを示すというまた別の実施形態では、上記方法は さらに、脈拍数を算出するステップを含む。 本発明の別の態様は、生理学的モニタを含む。モニタは、一次部分s1及び二 次部分n1を有する第1測定信号S1を受信するように第1入力を構成される。モ ニタはまた、一次部分s2及び二次部分n2を有する第2測定信号S2を受信する ように第2入力を構成される。有利なことに、第1測定信号S1と第2測定信号 S2は以下の関係にある。 S1=s1+n1 2=s2+n2 ここで、s1及びs2とn1及びn2は以下の関係を有する。 s1=ra2、及び、nl=rv2 上記式においてra、rvは係数である。 モニタはさらに、走査基準プロセッサを有し、この走査基準プロセッサはra の複数の可能値に応答して、raの各可能値を第2測定信号に乗算し、得られた 値の各々を第1測定信号から減算し、複数の出力信号を得る。第1測定信号を受 信するように第1入力を構成され、飽和度走査基準プロセッサから複数の出力信 号を受信するように第2入力を構成された相関キャンセラは、複数の出力信号と 第1測定信号の間の相関キャンセルに対応する複数の出力ベクトルを提供する。 相関キャンセラから複数の出力ベクトルを受け取るように入力を構成された積算 手段は、複数の出力ベクトルに応答して各出力ベクトルに対する対応パワーを決 定する。極値検出手段は、その入力を積算手段の出力に連結される。極値検出手 段は、各出力ベクトルに対する対応パワーに応答して、選択されたパワーを検出 する。 或る実施形態では、複数の可能値は、選択された血液成分に対する複数の可能 値に対応する。或る実施形態では、選択された血液成分は動脈血液酸素飽和度で ある。別の実施形態では、選択された血液成分は静脈血液酸素飽和度である。ま た別の実施形態では、選択された血液成分は一酸化炭素である。 本発明の別の態様は生理学的モニタを含む。モニタは、一次部分s1と二次部 分n1を有する第1測定信号S1を受信するように第1入力を構成される。モニタ はまた、一次部分s2と二次部分n2を有する第1測定信号S2を受信するように 第2入力を構成される。第1測定信号S1及び第2測定信号S2は、以下の関係に 従う。 S1=s1+n1 2=s2+n2 1及びs2とn1及びn2は、 s1=ra2,n1=rv2 という関係を有し、ここでra及びrvは係数である。 変換モジュールは、第1測定信号及び第2測定信号に応答すると共に、raの 複数の可能値に応答する。極値計算モジュールは、少なくとも1つのパワー曲線 に応じてsとnの間の相関を最小化するraの値を選択し、このraの値から対応 する飽和度値を出力として算出する。ディスプレイモジュールは、算出された飽 和度値の出力に応答して飽和度値をディスプレイする。 図面の簡単な説明 図1は、理想的なプレチスモグラフ波形を示す図である。 図2は、典型的な指を概略的に示す図である。 図3は、動作により発生した随伴性信号部分を含むプレチスモグラフ波形を示 す図である。 図4aは、一次生理学的信号を計算する生理学的モニタの概略図である。 図4bは、二次信号を計算する生理学的モニタの概略図である。 図5aは、一次生理学的信号を計算する生理学的モニタにおいて使用され得る 適応ノイズキャンセラの一例を示す図である。 図5bは、二次的な動作アーチファクト信号を計算する生理学的モニタにおい て使用され得る適応ノイズキャンセラの一例を示す図である。 図5cはマルチノッチフィルタの伝達関数を示す図である。 図6aはN個の成分を含む吸収材料の概略図である。 図6bは吸収材料の別の概略図であり、この吸収材料は1つの混合層を含めて N個の成分を含んでいる。 図6cは、吸収材料の別の概略図であり、この吸収材料は2つの混合層を含め てN個の成分を含んでいる。 図7aは、本発明の一態様に従って一次信号及び二次信号を計算するモニタの 概略図である。 図7bは、信号係数r1、r2... rnの関数として、理想的な相関キャンセラ のエネルギー又はパワー出力を示す図であり、この特定例ではr3=raであり、 r7=rvである。 図7cは、信号係数r1、r2... rnの関数として、理想的でない相関キャン セラのエネルギー又はパワー出力を示す図であり、この特定例ではr3=raであ り、r7=rvである。 図8は、最小自乗格子型予測手段及び回帰フィルタを含む結合プロセス推定手 段の概略的なモデルである。 図8aは、QRD最小自乗格子型(LSL)予測手段及び回帰フィルタを含む 結合プロセス推定手段の概略的なモデルを示す図である。 図9は、図8でモデル化された結合プロセス推定手段をソフトウェア中で実行 するためのサブルーチンを示すフローチャートである。 図9aは、図8aでモデル化された結合プロセス推定手段をソフトウェア中で 実行するためのサブルーチンを示すフローチャートである。 図10は、最小自乗格子型予測手段と2つの回帰フィルタを有する結合プロセ ス推定手段の概略的なモデルである。 図10aは、QRD最小自乗格子型予測手段と2つの回帰フィルタを有する結 合プロセス推定手段の概略的なモデルである。 図11は、本発明の一態様の教示に従う生理学的モニタの一例を示す図である 。 図11aは、ディジタル−アナログ変換装置を備えた低ノイズエミッタ電流駆 動装置の一例を示す図である。 図12は、図11の生理学的モニタの前置アナログ信号調整回路とアナログ− ディジタル変換回路を示す図である。 図13は、図11のディジタル信号処理回路のさらなる詳細を示す図である。 図14は、図11のディジタル信号処理回路により実行されるオペレーション のさらなる詳細を示す図である。 図15は、図14の復調モジュールに関するさらなる詳細を示す図である。 図16は、図14のデシメーションモジュールに関するさらなる詳細を示す図 である。 図17は、図14の統計モジュールのオペレーションの、より詳細なブロック 図である。 図18は、図14の飽和度変換モジュールの一実施形態のオペレーションのブ ロック図である。 図19は、図14の飽和度計算モジュールのオペレーションのブロック図であ る。 図20は、図14の脈拍数計算モジュールのオペレーションのブロック図であ る。 図21は、図20の動作アーチファクト抑制モジュールのオペレーションのブ ロック図である。 図21aは、図20の動作アーチファクト抑制モジュールのオペレーションの 別のブロック図である。 図22は、本発明の原理に従う飽和度変換曲線を示す図である。 図23は、飽和度値を得るための飽和度変換の別の実施形態のブロック図であ る。 図24は、図23の別の実施形態によるヒストグラム飽和度変換を示す図であ る。 図25A〜図25Cは、飽和度を得るための別の実施形態を示す図である。 図26は、本発明のプロセッサ及び相関キャンセラで使用される二次基準n'( t)又は一次基準s'(t)を決定するための赤色光波長λa=λred=660nmに おいて測定される信号を示す図である。測定信号は、一次部分sλa(t)及び 二次部分nλa(t)を含む。 図27は、本発明のプロセッサ及び相関キャンセラで使用される二次基準n'( t)又は一次基準s'(t)を決定するための赤外光波長λb=λIR=910nmにお いて測定される信号を示す図である。測定信号は、一次部分sλb(t)及び二 次部分nλb(t)を含む。 図28は、本発明のプロセッサにより決定される二次基準n'(t)を示す。 図29は、二次基準n'(t)を用いて相関キャンセルにより推定された、λa =λred=660nmにおいて測定された信号Sλa(t)の一次部分sλa(t) に対する有効な近似s”λa(t)を示す図である。 図30は、二次基準n'(t)を用いて相関キャンセルにより推定された、λb =λIR=910nmにおいて測定された信号Sλb(t)の一次部分sλb(t)に 対する有効な近似s”λb(t)を示す図である。 図31は、S1、S2及びS3で示される脳電図(ECG)信号を得るための 1セットの3同心電極、即ち3極電極センサを示す図である。各EGG信号は、 一次成分及び二次成分を含む。 図32は、タップ遅延ラインFIRフィルタを示す図である。 図33は、2つの周波数に対するFIRフィルタ出力のベクトル和を示す図で ある。 図34は、M番目の全通過サブフィルタを示す図である。 図35は、2パス全通過ネットワークからの相補的な低域通過及び高域通過フ ィルタを示す図である。 図36は、変換されたハーフバンドフィルタとしてのヒルベルト(Hilbert) 変換全通過フィルタを示す図である。 図37は、リサンプリング2パス全通過フィルタを示す図である。 図38は、Z-4の多項式を有する反復2パスフィルタのスペクトルを示す図で ある。 図39は、4チャネルのクワドラントに集中し主軸方向に集中したフィルタバ ンクのスペクトルを示す図である。 図40は、全通過フィルタの低域通過変換を示す図である。 図41Aは、全通過フィルタ構造を示す図である。 図41Bは、多相全通過構造を示す図である。 図42は、M次の全通過サブフィルタの極ゼロ分布を示す図である。 図43A〜図43Dは、全通過フィルタパスの典型的な位相応答と、対応する 振幅応答とを示す図である。 図44A及び図44Bは、2パス及び5パス多相全通過ネットワークの極ゼロ プロットと振幅応答を示す図である。 図45は、全通過フィルタの帯域通過変換を示す図である。 発明の詳細な記述 本発明は、各々が一次信号部分と二次信号部分を有する第1測定信号及び第2 測定信号を使用するシステムを含む。換言すれば、第1複合信号S1(t)=s1( t)+n1(t)、第2複合信号S2(t)=s2(t)+n2(t)とすれば、本発明のシ ステムを使用して、一次信号部分s(t)又は二次信号部分n(t)のいず れかを分離することができる。処理後のシステムの出力は、二次信号部分n(t )に対する有効な近似n"(t)、又は一次信号部分s(t)に対する有効な近似 s"(t)を提供する。 本発明のシステムは、一次及び/又は二次信号部分n(t)が、一定部分、予 測可能部分、随伴的部分、ランダム部分等の1つ以上の部分を含み得る場合に特 に有用である。一次信号近似s"(t)又は二次信号近似n"(t)は、複合信号S( t)から可能な限り多くの二次信号部分n(t)又は一次信号部分s(t)を除 去することにより得られる。残りの信号はそれぞれ、一次信号近似s"(t)又は 二次信号近似n"(t)のいずれかを形成する。二次信号n(t)の一定部分及び 予測可能部分は、例えば単純な減算、低域通過、帯域通過、及び高域通過フィル タリング等の従来のフィルタリング技術を用いて容易に除去される。随伴的部分 は、その予測不可能な性質により除去が困難である。統計学的にでも随伴的信号 について幾分わかっている場合には、随伴的信号は従来のフィルタリング技術を 介して測定信号から少なくとも部分的に除去できる。しかしながら、二次信号n (t)の随伴的部分に関する情報はわからないことが多い。この場合には、従来 のフィルタリング技術では通常不十分である。 二次信号n(t)を除去するには、本発明による信号モデルは第1測定信号S1 と第2測定信号S2に関して以下のように定義する。 S1=s1+n1 2=s2+n2 1=ra2、及び、n1=rv2 又は、 ここで、s1及びn1は少なくともいくらか(好ましくは実質的に)相関しておら ず、s2及びn2は少なくともいくらか(好ましくは実質的に)相関していない。 第1測定信号S1及び第2測定信号S2は、上に定義したように相関係数ra及び rvにより関連づけられる。これらの係数の使用及び選択について、以下 により詳細に記載する。 本発明の一態様では、この信号モデルは適応ノイズキャンセラ等の相関キャン セラと組み合わせて使用され、測定信号の随伴的部分を除去又は導出する。 一般に、相関キャンセラは2つの信号入力と1つの出力を有する。これら入力 のうちの1つは、二次基準n'(t)又は一次基準s'(t)のいずれかであり、これ らはそれぞれ、複合信号S(t)中に存在する二次信号部分n(t)及び一次信 号部分s(t)に相関する。他の入力は、複合信号S(t)に対するものである 。理想的には、相関キャンセラの出力s"(t)又はn"(t)はそれぞれ、一次信号 部分s(t)又は二次信号部分n(t)にのみ対応する。しばしば、相関キャン セラのアプリケーションにおいて最も難しい作業は、測定信号S(t)の二次部 分n(t)及び一次部分s(t)にそれぞれ相関する基準信号n'(t)及びs'( t)を決定することであり、なぜなら、上述したようにこれらの部分は測定信号 S(t)から分離することが極めて難しいからである。本発明の信号プロセッサ では、二次基準n'(t)又は一次基準s'(t)は、2つの異なる波長λa及びλb において同時に又は略同時に測定される2つの複合信号から決定される。 本発明による信号プロセッサと相関キャンセラを備える一般的なモニタのブロ ック図を図4a及び図4bで示す。2つの測定信号Sλa(t)とSλb(t)は 検出器20により受信される。いくつかの生理学的測定を行うには1つ以上の検 出器があったほうがよいことを当業者は理解するであろう。各信号は、信号調整 手段22a及び22bにより調整される。調整は、一定部分を除去するように信 号をフィルタリングし、操作の簡便さのために信号を増幅すること等の手順を含 むが、これに限定されない。信号は次にアナログ−ディジタル変換器24a及び 24bによりディジタルデータに変換される。第1測定信号Sλa(t)は、本 明細書中でsλa(t)とラベル付けされる第1の一次信号部分と、nλa(t) とラベル付けされる第1の二次信号部分とを含む。第2測定信号Sλb(t)は 、第1測定信号Sλa(t)と少なくとも部分的に関連しており、本明細書中で sλb(t)とラベル付けされる第2の一次信号部分と、nλb(t)とラベル付 けされる第2の二次信号部分とを含む。典型的には、第1の二次信号部分nλa (t)と第2の二次信号部分nλb(t)は、一次信号部分sλa(t) 及びsλb(t)に対して相関していない及び/又は随伴的である。二次信号部 分nλa(t)及びnλb(t)はしばしば、生理学的測定において患者の動作に より生じるものである。 信号Sλa(t)及びSλb(t)は、基準プロセッサ26に入力される。基準 プロセッサ26は、ファクタra=sλa(t)/sλb(t)か、又はファクタ rv=nλa(t)/nλb(t)か、のいずれかを第2測定信号Sλb(t)に乗 算し、第2測定信号Sλb(t)を第1測定信号Sλa(t)から減算する。信号 係数ファクタra及びrvは、2つの信号Sλa(t)とSλb(t)が減算された 時に、それぞれ一次信号部分sλa(t)及びsλb(t)又は二次信号部分nλ a (t)及びnλb(t)のいずれかを消去するように決定される。従って、基準 プロセッサ26の出力は、二次信号部分nλa(t)及びnλb(t)の双方に相 関する図4aの二次基準信号n'(t)=nλa(t)−raλb(t)か、又は一 次信号部分sλa(t)及びsλb(t)の双方に相関する図4aの二次基準信号 s'(t)=sλa(t)−rvλb(t)か、のいずれかである。基準信号n'(t )又はs'(t)は測定信号Sλa(t)又はSλb(t)のうちの1つと共に相関キ ャンセラ27に入力され、相関キャンセラ27は基準信号n'(t)又はs'(t)を 使用して、二次信号部分nλa(t)若しくはnλb(t)又は一次信号部分sλ a (t)若しくはsλb(t)のいずれかを測定信号Sλa(t)若しくはSλb( t)から除去する。相関キャンセラ27の出力は、有効な一次信号近似s"(t) 又は二次信号近似n"(t)である。或る実施形態では、近似s"(t)又はn"(t) はディスプレイ28上にディスプレイされる。 1つの実施形態では、適応ノイズキャンセラ30(その一例を図5aのブロッ ク図で示す)を相関キャンセラ27として使用し、随伴的な二次信号部分nλa (t)及びnλb(t)のうちのいずれか1つを第1信号Sλa(t)及び第2測 定Sλb(t)から除去する。図5aの適応ノイズキャンセラ30は、二次信号 部分nλa(t)及びnλb(t)に相関する二次基準n'(t)のサンプルを1つ の入力として有する。二次基準n'(t)は、本文で述べるように本発明のプロセ ッサ26により2つの測定信号Sλa(t)及びSλb(t)から決定され る。適応ノイズキャンセラへの第2の入力は、第1複合信号Sλa(t)=sλa (t)+nλa(t)か、又は第2複合信号Sλb(t)=sλb(t)+nλb( t)のいずれかのサンプルである。 図5bの適応ノイズキャンセラ30を使用しても、第1測定信号Sλa(t) 及び第2測定信号Sλb(t)から一次信号部分sλa(t)及びsλb(t)の いずれか1つを除去することができる。適応ノイズキャンセラ30は、一次信号 部分sλa(t)及びsλb(t)に相関する一次基準s'(t)のサンプルを1つ の入力として有する。一次基準s'(t)は、本文中で述べるように本発明のプロ セッサ26により2つの測定信号Sλa(t)及びSλb(t)から決定される。 適応ノイズキャンセラ30への第2の入力は、第1測定信号Sλa(t)=sλa (t)+nλa(t)か又はSλb(t)=sλb(t)+nλb(t)のいずれか のサンプルである。 適応ノイズキャンセラ30は、基準信号n'(t)又はs'(t)と測定信号Sλa (t)又はSλb(t)の両方に共通する周波数を除去するように機能する。基 準信号は二次信号部分nλa(t)及びnλb(t)か又は一次信号部分sλa( t)及びsλb(t)かのいずれかに相関するので、基準信号はそれに従って随 伴的である、又は同じように挙動する。適応ノイズキャンセラ30は、基準信号 n'(t)又はs'(t)のスペクトル分布に基づく動的マルチノッチフィルタに類似 し得るように作用する。 図5cは、マルチノッチフィルタの一例の伝達関数を示す。伝達関数の振幅に おけるノッチ又はディップは、信号がノッチフィルタを通過した時に減衰又は除 去される周波数を示す。ノッチフィルタの出力は、ノッチが存在する周波数を除 去された複合信号である。適応ノイズキャンセラ30に類似して、ノッチが存在 する周波数は適応ノイズキャンセラ30への入力に基づいて連続的に変化する。 適応ノイズキャンセラ30(図5a及び図5b)は、s”λa(t)、s”λb (t)、n”λa(t)又はn”λb(t)とラベル付けされる出力信号を生成し 、この出力信号は適応ノイズキャンセラ30内の内部プロセッサ32にフィード バックされる。内部プロセッサ32が所定のアルゴリズムに従ってその独自の伝 達関数を調整することにより、図5aでbλ(t)とラベル付けされ、図5 bでcλ(t)とラベル付けされた内部プロセッサ32の出力が、二次信号部分 nλa(t)若しくはnλb(t)又は一次信号部分sλa(t)若しくはsλb( t)のいずれかに近似することになる。図5aの内部プロセッサ32の出力bλ (t)が測定信号Sλa(t)若しくはSλb(t)から減算されると、出力信号 s”λa(t)=sλa(t)+nλa(t)−bλa(t)又は出力信号s”λb =sλb(t)+nλb(t)−bλb(t)が得られる。内部プロセッサは、s ”λa(t)又はs”λb(t)がそれぞれ一次信号sλa(t)又はsλb(t) に略等しくなるようにs”λa(t)又はs”λb(t)を最適化する。図5bの 内部プロセッサ32の出力cλ(t)が測定信号Sλa(t)若しくはSλb(t )から減算されると、n”λa(t)=sλa(t)+nλa(t)−cλa(t) 又はn”λb=sλb(t)+nλb(t)−cλb(t)と規定される出力信号が 得られる。内部プロセッサは、n”λa(t)又はn”λb(t)がそれぞれ一次 信号nλa(t)又はnλb(t)に略等しくなるようにn”λa(t)又はn”λb (t)を最適化する。 内部プロセッサ32の伝達関数の調整に使用され得る1つのアルゴリズムは、 プレンティス・ホール(Prentice Hall)により出版され1985年に著作権を得ら れた、ベルナードウィドロー(Bernard Widrow)及びサミュエルスターンズ(Sa muel Stearns)著の「Adaptive Signal Processing」の第6章及び第12章に述 べられている最小自乗アルゴリズムである。第6章及び第12章を含めてこの本 全体の内容を援用して本文の記載の一部とする。 図5a及び図5bの適応プロセッサ30は、アンテナのサイドローブキャンセ ル、パターン認識、一般的な周期的干渉の消去、及び長距離電話伝送ラインにお けるエコーの消去を含む多くの問題に適用され、成功をおさめた。しかしながら 、nλa(t)、nλb(t)、sλa(t)及びsλb(t)の部分は測定複合信 号Sλa(t)及びSλb(t)から容易に分離できないので、適切な基準信号n '(t)若しくはs'(t)を見出すために、かなりの工夫がしばしば必要である。実 際の二次部分nλa(t)若しくはnλb(t)又は一次信号部分sλa(t)若 しくはsλb(t)のいずれかを推測的に利用できれば、相関キャンセル等の技 術は必要ではないだろう。一次基準信号及び二次基準信号の一般的決定 基準信号n'(t)及びs'(t)が決定され得る方法を以下に説明する。検出器に より例えば波長λaにおいて第1信号が測定されると、信号Sλa(t)が得ら れる: Sλa(t)=sλa(t)+nλa(t) (1) ここでsλa(t)は一次信号部分であり、nλa(t)は二次信号部分である。 異なる波長λbにおいても同様の測定が同時に若しくは略同時に行われ、次の ものが得られる: Sλb(t)=sλb(t)+nλb(t) (2) なお、測定信号Sλa(t)及びSλb(t)が略同時に得られる限り、二次信号 成分nλa(t)及びnλb(t)は相関する。なぜなら、任意のランダムな又は 随伴的な関数により、各測定値に略同様に影響が及ぼされるからである。実質的 に予測可能な一次信号成分sλa(t)及びsλb(t)もまた互いに相関する。 基準信号n'(t)及びs'(t)を得るために、測定信号Sλa(t)及びSλb( t)はそれぞれ、一次信号成分又は二次信号成分を除去するように変換される。 本発明によれば、これを実行する1つの方法は、一次信号部分sλa(t)及び sλb(t)と二次信号部分nλa(t)及びnλb(t)の間の比例定数ra及び rvを見出し、信号を次のようにモデル化することである。 sλa(t)=raλb(t) nλa(t)=rvλb(t) (3) 本発明の信号モデルによれば、これらの比例関係は、吸収測定及び生理学的測定 を含む(しかし、これらに限定されない)多くの測定において満たされる。さら に、本発明の信号モデルによれば、大抵の測定において、比例定数ra及びrvを 以下のように決定できる: nλa(t)≠raλb(t) sλa(t)≠raλb(t) (4) 式(2)にraを乗算し、次いで式(2)を式(1)から減算すると、一次信号項sλa (t)及びsλb(t)が消去されて次の単一の式が得られる: n'(t)=Sλa(t)−raλb(t) =nλa(t)−raλb(t) (5a) これは、二次信号部分nλa(t)及びnλb(t)の各々に相関し、適応ノイズ キャンセラ等の相関キャンセラにおいて二次基準n'(t)として使用されること ができる非ゼロ信号となる。 式(2)にrvを乗算し、次いで式(2)を式(1)から減算すると、一次信号項sλa (t)及びsλb(t)が消去されて次の単一の式が得られる: s'(t)=Sλa(t)−rvλb(t) =sλa(t)−rvλb(t) (5b) これは、一次信号部分sλa(t)及びsλb(t)に相関し、適応ノイズキャン セラ等の相関キャンセラにおいて一次基準s'(t)として使用されることができ る非ゼロ信号となる。吸収システムにおける一次基準信号及び二次基準信号の測定の例 相関キャンセルは、吸収測定と総称される多くの測定に特に有用である。本発 明のプロセッサにより決定される基準n'(t)又はs'(t)に基づいて、適応ノイ ズキャンセル等の相関キャンセルを有利に使用できる吸収タイプのモニタの一例 は、吸収材料が変化を受けた場合に吸収材料中のエネルギー吸収成分の濃度を決 定するモニタである。かかる変化は、情報を必要とされる力又は一次的力、ある いは、材料における機械的な力等のランダムな若しくは随伴的な二次的力により 生じ得る。動作等のランダムな若しくは随伴的な干渉により、測定された信号に 二次的成分が生じる。これら二次的成分は、適切な二次基準n'(t)若しくは一 次基準s'(t)がわかれば、相関キャンセラにより除去又は導出されることがで きる。 A1、A2、A3... ANとラベル付けされたN個の異なる吸収成分を有する コンテナ42を含む概略的なN成分吸収材料を図6aに示す。図6aにおけ るA1〜ANの成分は、コンテナ42内に略規則的に層状に配列される。特定のタ イプの吸収システムの一例は、光エネルギーがコンテナ42を通過し、一般的な ベール(Beer Lambert)の光吸収法則に従って吸収されるシステムである。波長 λaの光に対しては、この減衰は以下により近似化され得る: まず、両サイドの自然対数をとり、項を操作することにより信号を変換すると、 信号は信号成分が乗算ではなく加算により結合されるように変換される。 式中、I0は入射光エネルギーの強度;Iは透過光エネルギー強度;εi, λaは波 長λaにおけるi番目の成分の吸収係数;xi(t)は、i番目の層の光経路の 長さ、即ち、光エネルギーが通過するi番目の層の材料の厚さ;ci(t)は、 厚さxi(t)に関連するボリュームでのi番目の成分の濃度;である。吸収係 数ε1〜εNは、各波長において一定の既知の値である。大抵の濃度c1(t)〜 cN(t)は、各層の光経路長さxi(t)の大抵のものと同じく、わかっていな いのが典型的である。光経路の全長は、各層の個々の光経路長さxi(t)の各 々の合計である。 層の厚さを変化させる力を材料が何も受けなければ、各層の光経路の長さは概 して一定である。この結果、光エネルギーは略一定に減衰するので、測定信号に は略一定のオフセットが生じる。典型的には、材料を摂動させる力に関する知識 が通常必要であるので、信号のこのオフセット部分にはほとんど関心がない。変 化を受けない場合に略一定の成分吸収から得られた一定の不要な信号部分を含む 、対象とする既知の帯幅外の任意の信号部分が除去される。これは従来の帯域通 過フィルタリング技術により容易に達成される。しかしながら、材料に力が及ぼ されると、各成分層は摂動により他の層とは異なるように影響を及ぼされる。各 層の光経路長さxi(t)の幾らかの摂動により、所望の若しくは一次情報を示 す変位が測定信号に生じる可能性がある。各層の光経路長さxi(t)の他の摂 動により、測定信号中の一次情報を覆い隠す不要な若しくは二次的変位が生じる 。二次的変位に関する二次信号成分は、測定信号から一次情報を得るために除去 されなければならない。同様に、二次的変位により発生する二次信号成分が計算 できれば、単純な減算又は相関キャンセル技術を介して測定信号から一次信号成 分を得ることができる。 相関キャンセラは、吸収材料を摂動若しくは変化させて一次信号成分又は二次 信号成分のいずれかを生じさせた力とは異なるように材料を摂動若しくは変化さ せる力によりそれぞれ生じた二次信号成分又は一次信号成分のいずれかを、吸収 材料を透過若しくは反射された後に測定された複合信号から除去する。説明の目 的で、一次信号sλa(t)であると思われる測定信号の部分が、対象とする成 分A5と関連する減衰項ε555(t)であり、成分A5の層が他の成分A1〜A4 及びA6〜ANの各層とは異なる摂動により影響を受けると仮定する。かかる状 況の一例は、関係する情報が一次的であると思われる力が層A5に及ぼされ、さ らに各層に影響を与える力を材料全体が受ける場合である。この場合には、成分 A5の層に影響を与えるトータルの力は、他の層の各々に影響を与えるトータル の力とは異なり、成分A5の層の力と結果的な摂動とに関する情報が一次的であ ると思われるので、成分A1〜A4及びA6〜ANによる減衰項が二次信号部分nλ a (t)を構成する。材料全体に影響を与える付加的な力がA5の層を含む各層に おいて同じ摂動を生じさせても、成分A5の層におけるトータルの力は、成分A1 〜A4及びA6〜ANの他の層の各々とは異なるトータルの摂動を有することにな る。 二次信号成分に関連する層に影響を与えるトータルの摂動がランダムな若しく は随伴的な力により生じることも多々ある。これにより、層の厚さと各層の光経 路長さxi(t)が随伴的に変化されることとなり、このことによってランダム な若しくは随伴的な二次信号成分Nλa(t)が生成される。しかしながら、二 次信号部分nλa(t)が随伴的であるか否かに関わらず、二次信号成分nλa( t)は、成分A5の層以外の層における摂動が成分A5の層における摂動と異なる 限り、本発明のプロセッサにより決定される二次基準n'(t)又は一次基準 s'(t)をそれぞれ1つの入力とする適応ノイズキャンセラ等の相関キャンセラ を介して、除去又は導出されることができる。相関キャンセラは一次信号sλa (t)若しくは二次信号nλa(t)のいずれかに対する有効な近似を得る。一 次信号に対する近似が得られる場合には、いくつかの生理学的測定では一次信号 成分に関係する厚さ(この例ではx5(t))がわかっている若しくは決定され ることができるので、対象とする成分の濃度c5(t)を多くの場合に決定する ことができる。 相関キャンセラは、略同時に測定された2つの測定信号Sλa(t)及びSλb (t)から決定された二次基準n'(t)若しくは一次基準s'(t)を使用する。Sλa (t)は、式(7)において上述のように決定される。Sλb(t)は異なる波 長λbにおいて同様に決定される。二次基準n'(t)又は一次基準s'(t)のいず れかを見出すために、減衰された透過エネルギーが2つの異なる波長λa及びλ bにおいて測定され、ログ変換を介して変換される。信号Sλa(t)及びSλb (t)を以下のように書くことができる(ログ変換できる)。 信号のさらなる変換は、式(3)と同様にra及びrvを規定する本発明の信号モ デルによる比例関係であり、これによりノイズ基準n'(t)と一次基準s'(t)が 決定できる。これらは以下の通りである。 ε5, λa=raε5, λb (12a) nλa=rvλb (12b) ここで、 nλa≠raλb (13a) ε5, λa≠rvε5, λb (13b) である。 式(12)及び(13)の両方が同時に満たされることはよくある。式(11)にraを乗算 し、得られたものを式(9)から減算すると、二次信号成分の線形和であるゼロで ない二次基準が得られる。 式(11)にrvを乗算し、得られたものを式(9)から減算すると、一次信号成分の 線形和である一次基準が得られる。 s'(t)=Sλa(t)−rvλb(t) =sλa(t)−rvλb(t) (14b) =c55(t)ε5, λa−rv55(t)ε5, λb (15b) =c55(t)[ε5, λa−rvε5, λb] (16b) 二次基準n'(t)又は一次基準s'(t)のいずれかのサンプルと、測定信号Sλ a (t)若しくはSλb(t)のいずれかのサンプルは、図5a及び図5bにその 一例が示される適応ノイズキャンセラ30等の相関キャンセラ27に入力され、 その好適な例は「結合プロセス推定手段の実行を用いる好適な相関キャンセラ( Preferred Correlation Canceler Using a Joint Process Estimator Implement ation)」という見出しで本明細書中に示されている。相関キャンセラ27は、 測定信号の二次部分nλa(t)若しくはnλb(t)又は一次成分sλa(t) 若しくはsλb(t)のいずれかを除去し、一次信号の有効な近似s”λa(t) ≒ε5 λa55(t)若しくはs”λb(t)≒ε5 λb55(t)か、又は二 次信号の有効な近似n”λa(t)≒nλa(t)若しくはn”λb(t)≒nλb (t)かのいずれかを得る。一次信号が得られる場合には、一次信号に対する近 似s”λa(t)若しくはs”λb(t)から濃度c5(t)が以下のように決定 され得る: c5(t)≒s”λa(t)/ε5,λa5(t) (17a) c5(t)≒s”λb(t)/ε5, λb5(t) (17b) 上述のように、吸収係数は各波長λa及びλbにおいて一定であり、この例では 一次信号成分に関係する厚さx5(t)は多くの場合わかっているか若しくは時 間の関数として決定されることができるので、成分A5の濃度c5(t)を算出す ることができる。1つより多くの成分を含むボリュームにおける濃度若しくは飽和度の決定 図6bを参照すると、N個の異なる成分を複数の層に配置された別の材料が示 される。この材料では、2つの成分A5及びA6は厚さx5,6(t)=x5(t)+ x6(t)を有する1つの層内に見られ、この層において略ランダムに位置され ている。これは、図6aの成分A5及びA6の層の結合に類似する。成分A5及び A6の層の結合等の層同士の結合は、全体の力が同一である場合に適しており、 この場合には2つの層の光経路長さx5(t)及びX6(t)には同一の変化が及 ぼされることになる。 しばしば、1つより多くの成分を含み独特の力を受ける所与の厚さ内の或る成 分の濃度又は飽和度、即ちパーセント濃度を見出すことが望ましい。所与のボリ ューム内の或る成分の濃度若しくは飽和度の測定は、このボリューム内の任意の 数の成分が同一のトータル力を受けることにより同一に摂動若しくは変化される 場合に行われることができる。多くの成分を含む1ボリューム内の1つの成分の 飽和度を決定するには、入射光エネルギーを吸収する成分と同数の測定信号が必 要である。光エネルギーを吸収しない成分は飽和度の決定に重要でないことが理 解されるであろう。濃度を決定するには、入射光エネルギーを吸収する成分と同 数の信号と、濃度の合計に関する情報とが必要である。 独自の動作下にある厚さが2つの成分だけを含むことがよくある。例えば、A5 及びA6を含む所与のボリューム内のA5の濃度若しくは飽和度を知ることが望 ましい場合がある。この場合には、一次信号sλa(t)及びsλb(t)がA5 及びA6に関連する項を含み、ボリューム内のA5若しくはA6の濃度又は飽和度 の測定が行われ得る。ここで飽和度の測定について述べる。A5及びA6の両方を 含むボリューム内のA5の濃度はまた、A5+A6=1、即ち選択された特定の測 定波長において入射光エネルギーを吸収しない成分がボリューム内に存在しない 場合にも決定されることができる。測定信号Sλa(t)及びSλb(t)は、以 下のように書くことができる(ログ変換できる): Sλa(t)=ε5, λa55,6(t) +ε6, λa65,6(t)+nλa(t) (18a) =sλa(t)+nλa(t) (18b) Sλb(t)=ε5, λb55,6(t) +ε6, λb65,6(t)+nλb(t) (19a) =sλb(t)+nλb(t) (19b) 図6cで示されるように、各々が同じように2つの成分を含むが別の動作を被 る2つ以上の厚さが1つの媒体内に存在することもよくあることである。例えば 、A5及びA6を含む所与のボリューム内のA5の濃度又は飽和度と共に、それぞ れA5及びA6と同じ成分を有するA3及びA4を含む所与のボリューム内のA3の 濃度又は飽和度を知ることが望ましい場合がある。この場合にも、一次信号sλ a (t)及びsλb(t)は、A5及びA6の両方に関連する項を含み、二次信号nλa (t)及びnλb(t)の部分はA3及びA4の両方に関連する項を含む。A3 及びA4の層は一次信号の式には入らないが、なぜなら、A3及びA4は異なる周 波数により、又は一次信号に関係する力とは相関しないランダムな若しくは随伴 的な二次的力により摂動されると考えられるからである。成分3及び5並びに成 分4及び6は同じであるとされるので、それらは同一の吸収係数を有する(即ち ε3 λa=ε5 λa;ε3 λb=ε5 λb;ε4 λa=ε6 λa;ε4 λb=ε6 λb)。しかし ながら概して言えば、A3及びA4はA5及びA6とは異なる濃度を有するので、異 なる飽和度を有することになる。よって、1つの媒体内の単一の成分は、それに 関連する1つ以上の飽和度を有し得る。このモデルに従う一次信号及び二次信号 は以下のように書くことができる: sλa(t)=[ε5, λa5+ε6, λa6]x5,6(t) (20a) λa(t)=[ε5, λa3+ε6, λa4]x3,4(t)+nλa(t) (20c) sλb(t)=[ε5, λb5+ε6, λb6]x5,6(t) (21a) λb(t)=[ε5, λb3+ε6, λb4]x3,4(t) +nλb(t) (21c) 信号nλa(t)及びnλb(t)は、3,4の層の省略を除いて二次信号nλa (t)及びnλb(t)と同様である。 摂動されない場合に成分の略一定の吸収から得られる一定の不要な二次信号部 分を含む対象とする既知の帯域幅外の信号は、一次信号若しくは二次信号に係わ らず、対象とする帯域幅内の一次信号若しくは二次信号のいずれかに対する近似 を決定するために削除されるべきである。これは、従来の帯域通過フィリタリン グ技術により容易に達成される。前述の例と同じように、二次信号成分に関連す る層に影響を及ぼすトータルの摂動若しくは変化は、ランダムな若しくは随伴的 な力により生じ、これにより各層の厚さ又は層の光経路長さxi(t)が随伴的 に変化され、ランダムな若しくは随伴的な二次信号成分nλa(t)が生成され る。二次信号部分nλa(t)が随伴的であるか否かに関わらず、成分A5及びA6 の層以外の層における摂動が成分A5及びA6の層における摂動と異なる限 り、本発明のプロセッサにより決定される二次基準n'(t)又は一次基準s'(t) を1つの入力とする適応ノイズキャンセラ等の相関キャンセラを介して、二次信 号成分nλa(t)が除去又は導出されることができる。相関キャンセラにより 、随伴的な二次信号成分nλa(t)及びnλb(t)又は一次成分sλa(t) 及びsλb(t)のいずれかを式(18)及び(19)から又は式(20)及び(21)から有利 に除去することができる。この場合も相関キャンセラは、一次基準s'(t)又は 二次基準n'(t)のいずれかのサンプルと、式(18)及び(19)の複合信号Sλa(t )又はSλb(t)のいずれかのサンプルを必要とする。飽和度測定のための一次及び二次基準信号の決定 本発明の一態様により測定信号Sλa(t)及びSλb(t)から基準信号s'( t)又はn'(t)を決定する1つの方法は、一定飽和度方法と呼ばれるものである 。この方法では、A5及びA6を含むボリュームにおけるA5の飽和度(Saturatio n)とA3びA4を含むボリュームにおけるA3の飽和度は、いくらかの時間の間は ほぼ一定のままであると仮定する。即ち、上記飽和度は、測定信号Sλa(t) 及びSλb(t)の多くのサンプルに対して略一定である。 飽和度は一般に生理学的システムにおいて比較的ゆっくりと変化するので、多く のサンプルにおいてこの仮定が成り立つ。 一定(constant)飽和度の仮定は、以下のように仮定することに等しい。 なぜなら、式(23a)及び(23b)における上記以外の項が定数である、即ち1である からである。 この仮定を用いると、一定飽和度方法における二次基準信号n'(t)及び一次 基準信号s'(t)の決定を可能にする比例定数ra及びrvは: ここで、nλa(t)≠ra(t)nλb(t) (30a) 及び、 ここで、sλa(t)≠rv(t)sλb(t) (30b) である。 本発明によれば、多くの場合において式(26)及び(30)の両式は同時に満たされ 、比例定数ra及びrvを決定できる。さらに、各波長における吸収係数ε5 λa、 ε6 λa、ε5 λb、ε6 λbは一定であり、一定飽和度方法の中心となる仮定は、c5 (t)/c6(t)及びc3(t)/c4(t)が多くのサンプル周期にわたって 一定であるということである。故に、相関キャンセラからの出力である一次信号 若しくは二次信号のいずれかに対する新たな近似から、わずかなサンプル毎に新 たな比例定数ra及びrvが決定され得る。従って、本発明のプロセッサでは、測 定信号Sλa(t)及びSλb(t)の実質的にすぐ前のサンプルセットに対して 相関キャンセラにより見出された、一次信号sλa(t)及びsλb(t)若しく は二次信号nλa(t)及びnλb(t)のいずれかに対する近似が用いられて、 測定信号Sλa(t)及びSλb(t)の次のサンプルセットに対する比例定数ra 及びrvが計算される。 式(19)にraを乗算し、得られた式を式(18)から減算することにより、ゼロで ない二次基準信号が得られる。 n'(t)=Sλa(t)−raλb(t) =nλa(t)−raλb(t) (31a) 式(19)にrvを乗算し、得られた式を式(18)から減算することにより、ゼロで ない一次基準信号が得られる。 s'(t)=Sλa(t)−rvλb(t) =sλa(t)−rvλb(t) (31b) 患者のモニタリングにおいて一定飽和度方法を用いると、初期比例係数は以下 に説明するように決定できる。患者は初期化期間でさえも無動作のままでいる必 要はない。比例係数ra及びrvの値が決定されると、相関キャンセラは二次基準 n'(t)若しくは一次基準s'(t)と共に使用され得る。一定飽和度方法を用いての一次基準信号及び二次基準信号の信号係数の決定 本発明の一態様によれば、図7aで示されるように、第2の測定仮定信号Sλ b (t)=sλb(t)+nλb(t)に複数の信号係数r1、r2... rnの各々を 乗算し、得られた各式を第1測定信号Sλa(t)=sλa(t)+nλa(t) から減算することにより、r=r1、r2... rnに対する複数の基準信号を得る ように、本発明の図4a及び図4bの基準プロセッサ26を構成することができ る。 R'(r,t)=sλa(t)−rsλb(t)+nλa(t)−rnλb(t) (32) 換言すれば、可能な信号係数のクロスセクションを示すために複数の信号係数が 選択される。 上記式(32)の複数の基準信号から一次基準s'(t)若しくは二次基準n'(t)の いずれかを決定するために、複数の仮定信号係数r1、r2... rnから信号係数 ra及びrvが決定される。一次信号部分sλa(t)及びsλb(t)又は二次信 号部分nλa(t)及びnλb(t)が例えば以下のように基準関数R'(r,t) に代入された場合にそれらのいずれかがキャンセル若しくは略キャンセルされる ように、係数ra及びrvが選択される。 sλa(t)=raλb(t) (33a) nλa(t)=rvλb(t) (33b) n'(t)=R'(ra,t)=nλa(t)−raλb(t) (33c) s'(t)=R'(rv,t)=sλa(t)−rvλb(t) (33d) 換言すれば、係数ra及びrvは、一次信号部分と二次信号部分の間の相関の最 小値を反映する値で選択される。実際には、測定信号Sλa(t)及びSλb(t )の一次信号部分sλa(t)及びsλb(t)若しくは二次信号部分nλa(t )及びnλb(t)に関する情報が前もって十分に存在することは通常ない。こ の情報不足により、複数の係数r1、r2... rnのどれが信号係数ra=sλa( t)/sλb(t)及びrv=nλa(t)/nλb(t)に対応す るかを決定することが困難である。 複数の係数r1、r2... rnから信号係数ra及びrvを決定する1つの方法は 、図7aで示されるように、測定信号Sλa(t)若しくはSλb(t)の1つに 対応する第1の入力を受信し、複数の基準信号R'(r1、t)、R'(r2、t)、.. . R'(rn、t)の各1つに連続して対応する第2の入力を受信する適応ノイズキ ャンセラ等の相関キャンセラ27を使用する。基準信号R'(r1、t)、R'(r2 、t)、... R'(rn、t)の各々に対して、相関キャンセラ27の対応する出力 は、相関キャンセラ27の出力を二乗する「二乗」オペレーション28に入力さ れる。二乗オペレーション28の出力は、インテグレータ29に提供され、累積 出力信号(二乗値の合計)が形成される。累積出力信号はその後、極値検出手段 31に入力される。極値検出手段31の目的は、図7b及び図7cのように累積 出力信号における最大値を供する係数を観察することによりr1、r2... rnの セットから信号係数ra及びrvを選択することである。換言すれば、相関キャン セラ27からエネルギー若しくはパワー等の最大の積算出力を提供する係数が、 本発明の信号モデルによる一次信号部分と二次信号部分の間の最小相関に関連す る信号係数ra及びrvに対応する。累積出力信号において最小値若しくは最小の 変化を提供するr1、r2... rnのセットからの係数を信号係数ra及びrvとす るように位置づけることを必要とするシステムジオメトリを構成することもでき る。 相関キャンセラ27と共に本発明のプロセッサにおいて複数の係数を使用して 信号係数ra及びrvを決定することは、相関キャンセラの特性を用いることによ り実証され得る。x、y及びzが時間により変化する3つの信号の任意の集合で あるとすると、いくつかの相関キャンセラの特性(Property)C(x,y)は以 下のように定義され得る: Property(1) C(x,y)=0 x,yが相関する場合 (34a) Property(2) C(x,y)=x x,yが相関しない場合 (34b) Property(3) C(x+y,z)=c(x,z)+c(y,z) (34c) Property(特性)(1)、(2)、(3)を用いれば、測定信号Sλa(t)若しくはSλ b (t)の1つに対応する第1入力と複数の基準信号R'(r1、t)、R'( r2、t)、... R'(rn、t)の連続する各1つに対応する第2入力を有する相関 キャンセラのエネルギー若しくはパワー出力が、一次基準s'(t)及び二次基準 n'(t)の生成に必要な信号係数ra及びrvを決定できることを実証するのは容 易である。相関キャンセラへの第1入力として測定信号Sλa(t)を受信し、 第2入力として複数の基準信号R'(r1、t)、R'(r2、t)、... R'(rn、t) を受信すると、j=1,2,... nに対する相関キャンセラの出力C(Sλa( t),R'(rj,t))は以下のように書くことができる。 C(sλa(t)+nλa(t),sλa(t)−rjλb(t)+nλa(t)− rjλb(t)) (35) ここで、j=1,2,... ,nとし、次の式を用いた。 R’(r,t)=Sλa(t)−rSλb(t) (36) Sλa(t)=sλa(t)+nλa(t) (37a) Sλb(t)=sλb(t)+nλb(t) (37b) Property(3)を使用することにより、式(35)を2つの項に展開することができ る。 C(Sλa(t),R’(r,t))=C(sλa(t),sλa(t)−rsλb (t)+nλa(t)−rnλb(t))+C(nλa(t),sλa(t)−rsλb (t)+nλa(t)−rnλb(t)) (38) Property(1)及び(2)を使用すると、相関キャンセラの出力は以下のように規定さ れる。 C(Sλa(t),R'(rj,t))=sλa(t)δ(rj−ra)+nλa(t) δ(rj−rv) (39) ここで、δ(x)はユニットインパルス関数である。 δ(x)=0 x≠0である場合 δ(x)=1 x=0である場合 (40) 相関キャンセラの出力C(Sλa(t),R'(rj,t))の時間変数tは、そ のエネルギー若しくはパワーを計算することにより省くことができる。相関キャ ンセラの出力エネルギーは以下のように規定される。 Eλa(rj)=∫C2(Sλa(t),R'(rj,t)dt =δ(rj−ra)∫s2 λa(t)dt +δ(rj−rv)∫n2 λa(t)dt (41a) 相関キャンセラへの第1入力として測定信号Sλb(t)を選択し、同様に第 2入力として複数の基準信号R'(r1、t)、R'(r2、t)、... R'(rn、t)を 同様にうまく選択できたことを理解されたい。この場合、相関キャンセラエネル ギー出力は、 Eλb(rj)=∫C2(Sλb(t),R'(rj,t)dt =δ(rj−ra)∫s2 λb(t)dt +δ(rj−rv)∫n2 λb(t)dt (41b) である。 実際の状況では連続的な時間の測定信号だけでなく離散的な時間の測定信号も 使用され得ることも理解されたい。本発明に従って離散的変換を実行するシステ ムを図11〜図22を参照して説明する。離散的時間測定信号を用いる場合には 、台形法則、中点法則、ティック(Tick)の法則、シンプソンズ(Simpson's) の近似や他の技術等の積分近似方法を使用して、相関キャンセラのエネルギー若 しくはパワー出力を計算することが可能である。離散的時間信号測定の場合には 、相関キャンセラのエネルギー出力は、台形法則を用いて以下のように書くこと ができる: iはi番目の離散的時間、t0は初期時間、tnは最終時間、Δtは離散的時間 の測定サンプルとサンプルの間の時間である。 上で規定した図7bのエネルギー関数は、測定信号Sλa(t)若しくはSλb (t)と複数の基準信号R'(r1、t)、R'(r2、t)、... R'(rn、t)の多く の間の相関により相関キャンセラの出力が通常はゼロであることを示している。 しかしながら、エネルギー関数は、基準信号R'(rj,t)における一次信号部分 sλa(t)及びsλb(t)又は二次信号部分nλa(t)及びnλb(t)のい ずれかのキャンセルに対応するrjの値ではゼロではない。これらの値が信号係 数ra及びrvに対応する。 一次信号部分sλa(t)及びsλb(t)又は二次信号部分nλa(t)及び nλb(t)のいずれかがゼロに等しいか若しくは略ゼロとなる時間があること を理解されたい。このような場合には、1つのみの信号係数値が相関キャンセラ の最大エネルギー若しくはパワー出力を提供する。相関キャンセラの最大のエネ ルギー又はパワー出力を提供する信号係数値は1つ以上あり得るので、あいまい な事態が生じ得る。基準関数R'(r,t)と共に信号係数が一次基準若しくは二 次基準のいずれかを提供することはすぐには明確になり得ない。このような場合 には、物理的システムの制約を利用することが必要である。例えば、脈拍酸素計 測では、一次プレチスモグラフ波の特色を有する動脈血液は、二次的な随伴的若 しくはランダム信号の特色を有する静脈血液よりも大きい酸素飽和度を有する。 従って脈拍酸素計測では、動脈脈動に起因する一次信号比ra=sλa(t)/sλb (t)は、2つの信号係数値のうちの小さい方の値であり、一方主に静脈血 液の流れに起因する二次信号比rv=nλa(t)/nλb(t)は、2つの信号 係数値のうちの大きい方の値である。λa=660nmであり、λb=910nmで あると仮定する。複数の基準信号及び相互相関技術の実際の実行では、Property (特性)(1)、(2)、(3)として上に挙げた理想的な特徴は正確には 満たされず、その近似となる。従って、本発明のこの実施形態を実際に実行する と、図7bで示される相関キャンセラのエネルギー曲線は、無限に小幅のデルタ 関数からなるのではなく、図7cで示されるように有限幅を関連づけられる。 相関キャンセラから最大のエネルギー若しくはパワー出力を生成する信号係数 値を2つよりも多く有することができることも理解されたい。このような状況は 、各測定信号が2つより多くの成分を含む場合に起こり、各成分は以下のような 比により関連づけられる: ここで、 fλa,i(t)=riλb,i(t) i=1....,n ri≠rj である。 故に、適応ノイズキャンセラ等の相関キャンセラと共に基準信号を用いること により、各々が1つの比により関連づけられる2つ以上の信号成分に信号を分解 することができる。結合プロセス推定手段の実行を用いる好適な相関キャンセラ 本発明のプロセッサにより二次基準n'(t)若しくは一次基準s'(t)のいずれ かが決定されると、相関キャンセラはハードウェア若しくはソフトウェアのいず れにおいても実行できる。相関キャンセラの好適な実行は、結合プロセス推定手 段を用いて適応ノイズキャンセラを実行することである。 図5a及び図5bの適応ノイズキャンセラと共に上述した内部プロセッサ32 の最小自乗平均(LMS)を実行するのは比較的容易であるが、本発明の生理学 的モニタリングの大抵のアプリケーションに対して望ましい適用速度に欠けてい る。従って、或る実施形態では、最小自乗格子型結合プロセス推定手段モデルと 呼ばれる、より高速の適応ノイズキャンセル方法を使用する。結合プロセス推定 手段60は図8に図示され、プレンティスホール(Prentice-Hall)が著作権を 有し、1986年に出版されたシモン・ハイキン(Simon Haykin)著の「Adaptive F ilter Theory」の第9章に詳述されている。第9章を含むこの本全体の内容を援 用して本発明の一部とする。 結合プロセス推定手段の機能は、測定信号Sλa(t)若しくはSλb(t)か ら二次信号部分nλa(t)若しくはnλb(t)か又は一次信号部分sλa(t )若しくはsλb(t)のいずれかを除去し、一次信号近似s”λa(t)若しく はs”λb(t)のいずれかを得ることである。故に、結合プロセス推定手段は 、一次信号sλa(t)若しくはsλb(t)か又は二次信号nλa(t)若しく はnλb(t)のいずれかの値を推定する。結合プロセス推定手段60への入力 は、二次基準n'(t)若しくは一次基準s'(t)のいずれかと、複合測定信号Sλ a (t)若しくはSλb(t)である。その出力は、二次信号若しくは一次信号の いずれかを除去された信号Sλa(t)若しくはSλb(t)に対する有効な近似 、即ち、sλa(t)、sλb(t)、nλa(t)、nλb(t)に対する有効な 近似である。 図8の結合プロセス推定手段60は最小自乗格子型予測手段70と回帰フィル タ80と共に使用される。二次基準信号n'(t)若しくは一次基準s'(t)のいず れかが最小自乗格子型予測手段70に入力され、測定信号Sλa(t)若しくは Sλb(t)が回帰フィルタ80に入力される。以下の記載における簡便さのた めに、結合プロセス推定手段60により一次部分sλa(t)若しくは二次部分 nλa(t)のいずれかを推定される測定信号はSλa(t)であるとする。しか し、Sλb(t)を回帰フィルタ80に入力して、この信号の一次部分sλb(t )若しくは二次部分nλb(t)を推定することもできる。 結合プロセス推定手段60は、基準n'(t)若しくはs'(t)と測定信号Sλa (t)の両方に存在する全ての周波数を除去する。二次信号部分nλa(t)は 通常、一次信号部分sλa(t)の周波数とは関係のない周波数を含む。二次信 号部分nλa(t)が一次信号部分sλa(t)と正確に同じスペクトルを含むと いうことはあり得ない。しかしながら、sλa(t)及びnλa(t)が同 様のスペクトルを含む状況(可能性は低い)では、この方法では正確な結果が得 られない。機能的には、結合プロセス推定手段60は、二次信号部分nλa(t )若しくは一次信号部分sλa(t)のいずれかに相関する基準入力信号n'(t) 若しくはs'(t)と入力信号Sλa(t)を比較して、同一である全ての周波数を 除去する。従って、結合プロセス推定手段60は動的マルチノッチフィルタとし て作用し、患者の動作と共に随伴的に変化する際に二次信号成分nλa(t)に おける周波数を除去したり、患者の動脈脈動と共に変化する時には一次信号成分 sλa(t)における周波数を除去したりする。これにより、一次信号sλa(t )若しくは二次信号nλa(t)のいずれかと略同じスペクトル成分を有する信 号が得られる。従って、結合プロセス推定手段60の出力s”λa(t)若しく はn”λa(t)は、一次信号sλa(t)若しくは二次信号nλa(t)のいず れかに対する非常に有効な近似となる。 結合プロセス推定手段60は、図8で示されるように、ゼロステージで始まり m番目のステージで終了するステージに分けられる。ゼロステージを除いて各ス テージは全ての他のステージと同じである。ゼロステージは結合プロセス推定手 段60の入力ステージである。第1ステージ〜m番目のステージが、直前のステ ージ即ち(m−1)番目のステージで生成された信号に作用することにより、有 効な一次信号近似s”λa(t)若しくは二次信号近似n”λa(t)がm番目の ステージの出力として生成される。 最小自乗格子型予測手段70は、レジスタ90及び92と、加算エレメント1 00及び102と、遅延エレメント110を含む。レジスタ90及び92は、前 方反射係数Γf,m(t)と後方反射係数Γb,m(t)の乗算値を含み、この乗算値 は、基準信号n'(t)若しくはs'(t)とこれら基準信号n'(t)若しくはs'(t) から得られた信号とを乗算したものである。最小自乗格子型予測手段の各ステー ジは、前方予測誤差fm(t)と後方予測誤差bm(t)を出力する。添字のmは ステージを示す。 各サンプルセットに対して、即ち測定信号Sλa(t)の1つのサンプルと略 同時に導出される基準信号n'(t)若しくはs'(t)の1つのサンプルに対して、 基準信号n'(t)若しくはs'(t)のサンプルが最小自乗格子型予測手段70 に入力される。ゼロステージの前方予測誤差f0とゼロステージの後方予測誤差 b0(t)は、基準信号n'(t)若しくはs'(t)に等しいようにセットされる。後 方予測誤差b0(t)は、最小自乗格子型予測手段70の第1ステージにおいて遅 延エレメント110により1サンプル周期だけ遅延される。故に、基準n'(t) 若しくはs'(t)の直前の値は、第1ステージ遅延エレメント110を含む計算 において使用される。ゼロステージの前方予測誤差は、前方反射係数値Γf,1( t)レジスタ90値を乗算された遅延ゼロステージ後方予測誤差b0(t−1)の 負の値に加算され、第1ステージの前方予測誤差f1(t)が生成される。さらに 、ゼロステージの前方予測誤差f0(t)は、後方反射係数Γb,1(t)レジスタ9 2の値を乗算され、ゼロステージの遅延後方予測誤差b0(t−1)に加算されて 、第1ステージの後方予測誤差b1(t)が生成される。最小自乗格子型予測手 段70のその後の各ステージmでは、以前の前方予測誤差値fm-1(t)と、1サ ンプル周期分遅延された後方予測誤差値bm-1(t−1)を用いて、現在のステー ジの前方予測誤差fm(t)及び後方予測誤差bm(t)の値が生成される。 後方予測誤差bm(t)は回帰フィルタ80の協働ステージmに供給される。 ここで回帰係数値κm, λa(t)を含むレジスタ96に入力される。例えば、回 帰フィルタ80のゼロステージでは、ゼロステージ後方予測誤差b0(t)にゼロ ステージ回帰係数k0, λa(t)のレジスタ96の値が乗算されて、加算エレメ ント106において信号Sλa(t)の測定値から減算され、第1ステージ推定 誤差信号e1, λa(t)が生成される。第1ステージ推定誤差信号e1, λa(t) は、一次信号若しくは二次信号のいずれかに対する最初の近似である。この第1 ステージの推定誤差信号e1, λaは回帰フィルタ80の第1ステージに入力され る。第1ステージ回帰係数κ1, λa(t)のレジスタ96の値を乗算された第1 ステージ後方予測誤差b1(t)が第1ステージ誤差信号e1, λa(t)から減算 され、第2ステージの推定誤差e2, λa(t)が生成される。第2ステージの推 定誤差信号e2, λa(t)は、一次信号sλa(t)若しくは二次信号nλa(t )のいずれかに対する幾分良い第2の近似である。 一次信号sλa(t)若しくは二次信号nλa(t)に対する有効な近似em λa (t)が決定されるまで、最小自乗格子型予測手段70及び回帰フィルタ8 0において各ステージに対して同じ処理が反復される。前方予測誤差fm(t) 、後方予測誤差bm(t)、推定誤差信号em, λa(t)を含む上述の各信号は、 各ステージmにおいて前方反射係数Γf,m(t)、後方反射係数Γb,m(t)、回 帰係数κm, λa(t)のレジスタ90、92及び96の値を算出するのに必要で ある。前方反射係数Γf,m(t)、後方反射係数Γb,m(t)及び回帰係数κm, λ a (t)のレジスタ90、92及び96の値を算出するには、前方予測誤差fm( t)、後方予測誤差bm(t)、推定誤差信号em λa(t)の信号に加えて、図 8に示される値に基づく多数の中間変数(図8には示されていない)が必要であ る。 中間変数は、前方予測誤差の二乗の重み付け合計Fm(t)、後方予測誤差の 二乗の重み付け合計Bm(t)、スカラーパラメータΔm(t)、変換ファクタγm (t)、及び別のスカラーパラメータρm, λa(t)を含む。前方予測誤差の重 み付け合計Fm(t)は以下のように定義される: 上記式中、波長識別子即ちa又はbを有さないλは、波長に関係のない一定の乗 算値であり、典型的には1以下、即ちλ≦1である。後方予測誤差Bm(t)の 重み付け誤差は、次のように定義される: 上記式中、波長識別子即ちa又はbを有さないλは、波長に関係のない一定の乗 算値であり、典型的には1以下、即ちλ≦1である。前掲のハイキン(Haykin) 著の文献のセクション9.3に述べられると共に式(59)、(60)で後に定義される ように、これらの重み付け合計中間誤差信号をより簡単に求められるように操作 することができる。結合プロセス推定手段の説明 結合プロセス推定手段60のオペレーションは以下の通りである。結合プロセ ス推定手段60がオンされると、パラメータΔm-1(t)、前方予測誤差信号の 重み付け合計Fm-1(t)、後方予測誤差信号の重み付け合計Bm-1(t)、パラ メータρm, λa(t)、及びゼロステージの推定誤差e0, λa(t)を含む中間変 数及び信号の初期値が初期化され、ゼロに初期化されるものもあれば、小さな正 の数δに初期化されものもある。 Δm-1(0)=0; (46) Fm-1(0)=δ; (47) Bm-1(0)=δ; (48) ρm, λa(0)=0 (49) e0, λa(t)=Sλa(t) t≧0の場合 (50) 図8で示されるように、初期化の後、測定信号Sλa(t)若しくはSλb(t )の同時のサンプルと二次基準n'(t)若しくは一次基準s'(t)のいずれかとが 結合プロセス推定手段60に入力される。ゼロステージに対して、前方予測誤差 信号f0(t)及び後方予測誤差信号b0(t)と、前方誤差信号の重み付け合計F0( t)及び後方誤差信号の重み付け合計B0(t)を含む中間変数と変換ファクタγ0( t)とが、以下により計算される: f0(t)=b0(t)=n'(t) (51a) F0(t)=B0(t)=λF0(t−1)+|n'(t)|2 (52a) γ0(t−1)=1 (53a) 二次基準n'(t)が使用される場合には、以下のようになる: f0(t)=b0(t)=s'(t) (51b) F0(t)=B0(t)=λF0(t−1)+|s'(t)|2 (52b) γ0(t−1)=1 (53b) 一次基準s'(t)が使用される場合にも、波長識別子a又はbのないλは波長に 関係のない一定の乗算値である。 各ステージにおける前方反射係数Γf,m(t)、後方反射係数Γb,m(t)、及 び回帰係数κm, λa(t)のレジスタ90、92及び96の値はその後、前ステ ージの出力に従ってセットされる。第1ステージにおける前方反射係数Γf,1( t)、後方反射係数Γb,1(t)、及び回帰係数κ1, λa(t)のレジスタ90、 92及び96の値は、結合プロセス推定手段60のゼロステージにおける値を用 いてアルゴリズムに従ってセットされる。m≧1の各ステージにおいて、パラメ ータΔm-1(t)、前方反射係数Γf,m(t)のレジスタ90の値、後方反射係数Γb,m (t)のレジスタ92の値、前方誤差信号fm(t)及びbm(t)、ハイキ ンの文献のセクション9.3で扱われた前方予測誤差の二乗の重み付け合計Fm, t (t)、ハイキンの文献のセクション9.3で扱われた後方予測誤差の二乗の 重み付け合計Bb,m(t)、変換ファクタγm(t)、パラメータρm, λa(t) 、回帰係数κm, λa(t)のレジスタ96の値、及び推定誤差em+1, λa(t); の値を含む中間値及びレジスタ値が以下に従ってセットされる。 ここで、(*)は複素共役を示す。 これらの式により、誤差信号fm(t)、bm(t)、em, λa(t)は二乗又 は互いに乗算され、誤差を二乗することにより、Δm-1(t)等の新たな中間誤差 値が生成される。誤差信号及び中間誤差値は、上記式(54)〜(64)に示されるよう に、回帰的に共に結合される。それらは次のステージにおいて誤差信号を最小化 するように相互作用する。 一次信号sλa(t)若しくは二次信号nλa(t)のいずれかに対する有効な 近似が結合プロセス推定手段60により決定された後、測定信号Sλa(t)の サンプルと二次基準n'(t)若しくは一次基準s'(t)のいずれかのサンプルを含 む次のサンプルセットが結合プロセス推定手段60に入力される。前方反射係数 Γf,m(t)及び後方反射係数Γb,m(t)のレジスタ90、92の値と回帰係数 κm, λa(t)のレジスタ96の値は、以前に入力されたSλa(t)のサンプル の一次信号部分sλa(t)若しくは二次信号部分nλa(t)のいずれかを推定 するのに必要な乗算値を反映したものであるので、再初期化プロセスは再び起こ らない。故に、前のサンプルからの情報を用いて、各ステージにおける現サンプ ルセットの一次信号部分若しくは二次信号部分のいずれかが推定される。 上述の結合プロセス推定手段のより数値的に安定した好適な実施形態では、正 規化結合プロセス推定手段が使用される。結合プロセス推定手段のこのバージョ ンは、正規化変数が−1と1の間となるように上述の結合プロセス推定手段のい くつかの変数を正規化する。正規化結合プロセス推定手段は、以下の条件に従っ て定義される変数を再定義することにより、ハイキンの文献の640ページの問 題12のように動作を行う。 この変形により、式(54)〜(64)を以下の正規化式に変換することができる。 正規化結合プロセス推定手段の初期化 時間の指標tにおいて入力された基準ノイズをN(t)とし、時間の指標tに おいて入力されたノイズを足した結合信号をU(t)と定義とすると、以下の式 が得られる(ハイキンのテキスト619ページ参照): 1. 時間t=0においてアルゴリズムが以下のように初期化される 2. 各時間t≧1において、種々のゼロ次の変数を以下のように生成す る。 3. 回帰フィルタリングに対して、時間指標t=0において以下のよう にセットすることによりアルゴリズムを初期化する。 4. 各時間t≧1において、ゼロ次の変数を生成する 従って、正規化結合プロセス推定手段は、より安定したシステムに対して使用 されることができる。 別の実施形態では、相関キャンセルは、図8aで図示されると共にプレンティ ス−ホール(Prentice-Hall)が著作権を有する1986年に出版されたシモン・ハ イキン(Simon Haykin)著の「Adaptive Filter Theory」の第18章に詳述され るQRDアルゴリズムを用いて実行される。 ハイキンの文献から適用する以下の式は、図8aのQRD−LSL図に対応す る(この図もハイキンの文献から適用する)。 計算 a.予測:時間t=1,2,... 、及び予測次数m=1,2,... M(Mは 最終の予測次数である)に対して以下を計算する: b.フィルタリング:次数m=0,1,...,M−1、及び時間t=1,2, ...に対して、以下が計算される。 5. 初期化 a.補助パラメータの初期化:次数m=1,2,... Mに対して、以下をセ ットする。 b.軽い制約付きの初期化:次数m=0,1,... Mに対して、以下をセッ トする。 ここで、δは小さい正の定数である。 c.データの初期化:t=1,2,... に対して、以下を計算する。 ここで、μ(t)は時間(t)における入力であり、d(t)は時間(t) におけるレスポンスである。結合プロセス推定のフローチャート 相関キャンセラに入力される基準n'(t)若しくはs'(t)を決定するために本 発明の基準プロセッサを備える生理学的モニタ等の信号プロセッサでは、結合プ ロセス推定手段60のタイプの適応ノイズキャンセラは、反復ループを有するソ フトウェアプログラムを介して実行されるのが一般的である。ループの1反復は 、図8で示される結合プロセス推定手段の単一ステージに類似する。故に、ルー プがm回反復されると、結合プロセス推定手段60のmステージに等しくなる。 測定信号Sλa(t)の一次信号部分sλa(t)若しくは二次信号部分nλa (t)を推定するサブルーチンのフローチャートを図9で示す。このフローチャ ートは、二次基準n'(t)若しくは一次基準s'(t)のいずれかを決定する基準プ ロセッサの機能を示している。結合プロセス推定手段のフローチャートは、ソフ トウェアで実行される。 生理学的モニタがオンされると、ブロック120で「ノイズキャンセラの初期 化」と示されるように、一回目の初期化が実行される。初期化により全てのレジ スタ90、92及び96と遅延エレメント変数110が、式(46)〜(50)で上述さ れた値にセットされる。 次いで、複合測定信号Sλa(t)及びSλb(t)の同時サンプルのセットが 、図9のフローチャートで示されるサブルーチンに入力される。次いで、遅延エ レメントプログラム変数の各々の時間の更新が起こり、それはブロック130で 「[Z-1]エレメントの時間の更新」動作により示される通りである。遅延エレ メント変数110の各々に格納される値は、遅延エレメント変数110の入力に おける値にセットされる。故に、ゼロステージの後方予測誤差b0(t)は第1ス テージの遅延エレメント変数として格納され、第1ステージ後方予測誤差b1(t )は第2ステージの遅延エレメント変数として格納される、というように格納が 行われる。 次いで、測定信号サンプルSλa(t)及びSλb(t)のセットを用いて、比 率計測的若しくは上述の一定飽和度方法を用いて基準信号が得られる。これは、 ブロック140の「2つの測定信号サンプルに対する基準[n'(t)若しくはs' (t)]の計算」動作により示される。 ブロック150の「ゼロステージ更新」動作で示されるように、次にゼロステ ージの更新が実行される。ゼロステージ後方予測誤差b0(t)及びゼロステージ 前方予測誤差f0(t)が、基準信号n'(t)若しくはs'(t)の値に等しくなるよ うにセットされる。さらに、前方予測誤差の重み付け合計Fm(t)と後方予測 誤差の重み付け誤差Bm(t)が、式(47)及び(48)で定義される値に等しくなる ようにセットされる。 次いで、ブロック160の「m=0」動作で示されるようにループカウンタm が初期化される。図9のフローチャートに対応するサブルーチンにより使用され る全ステージ数を規定するmの最大値も定義される。典型的には、一次信号若し くは二次信号のいずれかに対する最良の近似に収束するための規準を結合プロセ ス推定手段60が一旦満たすと反復を停止するようにループが構成される。さら に、ループが反復を停止するループ反復の最大数が選択され得る。本発明の生理 学的モニタの好適な実施形態では、反復の最大数はm=6からm=10と選択さ れるのが有利である。 ループ内では、図9のブロック170の「LSL格子型のm番目のセルの次数 の更新」動作により示されるように、前方反射係数Γf,m(t)及び後方反射係 数Γb,m(t)のレジスタ90及び92の値がまず計算される。これには、現ス テージ、次のステージ、及び回帰フィルタ80におけるレジスタ90、92及び 96の値を決定することに使用される中間変数及び信号値の計算が必要である。 ブロック180の「回帰フィルタ(単数又は複数)のm番目の次数の更新」に より示されるように、次に回帰フィルタレジスタ96の値κm, λa(t)が計算 される。mがその所定の最大値(この好適実施形態ではm=6若しくはm=10 )に達するまで、又はブロック190の「実行」決定からのYES経路により示 されるように値が収束するまで、ブロック170及び180の2つの次数更新動 作が連続m回実行される。コンピュータのサブルーチンでは、前方予測誤差の重 み付け合計Fm(t)と後方予測誤差の重み付け合計Bm(t)が或る小さな正の 数未満であるかどうかをチェックすることにより、収束が決定される。ブロック 200の「出力の計算」により示されるように、次に出力が計算される。図 9のフローチャートに対応する基準プロセッサ26と結合プロセス推定手段60 のサブルーチンにより決定されるように、この出力は一次信号若しくは二次信号 のいずれかに対する有効な近似である。ブロック210の「ディスプレイ」に示 されるように、この出力はディスプレイされる(若しくは別のサブルーチンの計 算に使用される)。 2つの測定信号Sλa(t)及びSλb(t)の新たなサンプルセットが、図9 のフローチャートに対応するプロセッサ及び結合プロセス推定手段60の適応ノ イズキャンセラのサブルーチンに入力され、これらのサンプルに対して処理が反 復される。しかしながら、初期化プロセスは再び行われないことに注目されたい 。測定信号サンプルSλa(t)及びSλb(t)の新たなセットは、基準プロセ ッサ26及び結合プロセス推定手段適応ノイズキャンセラサブルーチンに連続し て入力される。出力は連続波を示すサンプルチェインを形成する。この波形は、 波長λaにおける一次信号波形sλa(t)若しくは二次信号波形nλa(t)の いずれかに対する有効な近似である。波形はまた、波長λbにおける一次信号波 形sλb(t)及び二次信号波形nλb(t)のいずれかに対する有効な近似でも あり得る。 図8aのQRDアルゴリズムに対応するフローチャートは、各参照番号にaの 付いた図9aで示される。相関キャンセラの出力からの飽和度の計算 生理学的モニタは、一次信号s”λa(t)若しくはs”λb(t)又は二次信 号n”λa(t)若しくはn”λb(t)の近似を用いて、或る成分に1つ以上の 成分を含む所定ボリューム中の1つの成分の飽和度のような別の量を計算する。 一般に、このような計算には2つの波長における一次信号若しくは二次信号のい ずれかに関する情報が必要である。例えば、一定飽和度方法には、測定信号Sλ a (t)及びSλb(t)の両信号の一次信号部分sλa(t)及びsλb(t)の 有効な近似が必要である。動脈飽和度は、両信号に対する近似、即ちs”λa( t)及びs”λb(t)から決定される。一定飽和度方法はまた、二次信号部分 nλa(t)若しくはnλb(t)の有効な近似を必要とする。静脈飽 和度の推定は、これらの信号に対する近似、即ちn”λa(t)及びn”λb(t )から決定され得る。 図10では2つの回帰フィルタ80a及び80bを有する結合プロセス推定手 段60が示される。第2回帰フィルタ80bは、一定飽和度方法により使用され る測定信号Sλb(t)を受信して、基準信号n'(t)若しくはs'(t)を決定す る。第1回帰フィルタ80a及び第2回帰フィルタ80bは独立している。後方 予測誤差bm(t)は各回帰フィルタ80a及び80bに入力され、第2回帰フ ィルタ80bに対する入力は第1回帰フィルタ80aをバイパスする。 第2回帰フィルタ80bは、第1回帰フィルタ80aのものと同様に配置され るレジスタ98及び加算エレメント108を有する。第2回帰フィルタ80bは 、式(54)〜(64)により規定されるものと共に付加的な中間変数を介して動作する 。即ち、 ρm, λb(t)=λρm, λb(t−1)+{bm(t)e* m, λb(t)/γm(t) } (65) 及び、ρ0, λb(0)=0 (66) である。第2回帰フィルタ80bは、第1回帰フィルタの誤差信号値em+1, λa (t)と同様に定義される誤差信号値を有する。即ち、 em+1, λb(t)=em, λb(t)−κ* m, λb(t)bm(t); (67) 及び、 e0,λb(t)=Sλb(t) t≧0の場合 (68) である。第2回帰フィルタは、第1回帰フィルタの誤差信号値と同様に定義され る回帰係数κm, λb(t)レジスタ98値を有する。即ち、 κm, λb(t)={ρm, λb(t)/Bm(t)} (69) である。これらの値は式(46)〜(64)で定義される中間変数値、信号値、レジスタ 及びレジスタ値と共に使用される。これらの信号は、波長λaに対する同様の信 号のすぐ隣に付加的な信号を置くことにより規定される次数において計算される 。 一定飽和度方法では、Sλb(t)は第2回帰フィルタ80bに入力される。 この出力は、一次信号s”λb(t)若しくは二次信号s”λb(t)に対する有 効な近似である。 第2回帰フィルタ80bを追加しても、図9のフローチャートにより示される コンピュータプログラムサブルーチンは実質的には変わらない。1つのみの回帰 フィルタのm番目のステージの次数の更新の代わりに、回帰フィルタ80a及び 80bの両フィルタのm番目のステージの次数の更新が行われる。これは、図9 の動作ブロック190の「回帰フィルタ(単数又は複数)のm番目のステージの 次数の更新」においてフィルタの複数表示により特徴づけられる。回帰フィルタ 80a及び80bは独立して動作するので、図9のフローチャートによりモデル 化される基準プロセッサ及び結合プロセス推定手段60適応ノイズキャンセラの サンブルーチンにおいて独立した計算が実行できる。 QRDアルゴリズムを用いると共に2つの回帰フィルタを使用する図10の結 合プロセス推定手段の別の図が図10aで示される。このタイプの結合プロセス 推定手段は、ハイキンの文献に述べられたQRDアルゴリズムを用いる相関キャ ンセルに対して用いられる。飽和度の計算 一次信号部分若しくは二次信号部分に対する有効な近似s”λa(t)及びs ”λb(t)若しくはn”λa(t)及びn”λb(t)を結合プロセス推定手段 60が一旦決定すると、例えばA5及びA6を含むボリュームにおけるA5の飽和 度が種々の公知の方法に従って計算され得る。算術的に、一次信号に対する近似 はλa及びλbを用いて次のように記述される: s”λa(t)≒ε5, λa55,6(t)+ε6, λa65,6(t) (70) 及び、 s”λb(t)≒ε5, λb55,6(t)+ε6, λb65,6(t) (71) 式(70)及び(71)は、3つの未知の値、即ちc5(t)、c6(t)及びx5,6(t )を有する2つの式に相当する。A5及びA6を含むボリューム中のA5の飽和度 とA3及びA4を含むボリューム中のA3の飽和度が実質的に変化しない、2つの 異なってはいるが近い時間t1及びt2において、一次信号部分若しくは二次信号 部分に対する近似を得ることにより飽和度を決定できる。例えば、一次信号に対 しては時間t1及びt2において以下のように推定される: 次いで、式(72)〜(75)の信号に関連する異なる信号が決定され得る。即ち: ここで、Δx=x5,6(t1)−x5,6(t2)である。時間t=(t1+t2)/2 における平均飽和度(Saturation)は: である。Δx項は除算により飽和度計算からなくなったことが理解される。故に 、飽和度を計算するには一次成分に関係する厚さを知る必要はない。脈拍酸素計測 本発明のプロセッサを使用して、動作の引き起こした随伴的な二次信号部分を 除去する相関キャンセラに入力される二次基準n'(t)を決定する生理学的モニ タの特定の例は、脈拍酸素計測である。本発明のプロセッサを使用して、ディス プレイするために若しくは相関キャンセラへの入力のために使用され得る一次信 号基準s'(t)を決定し、患者の動作及び静脈血液酸素飽和度に関する情報を導 出する脈拍酸素計測も実行され得る。 典型的に脈拍酸素計測は、例えば耳たぶ、指、ひたい、若しくは胎児の頭皮の ような表面近くを血液が流れる媒体を通るようにエネルギーを伝播する。エネル ギーが媒体を伝播した又は媒体から反射された後、減衰信号が測定される。脈拍 酸素計測は、酸素含有血液の飽和度を推定する。 新しく酸素を含んだ血液は、身体により使用されるために心臓から動脈へと高 圧力で送り出される。動脈内の血液量は心拍と共に変化し、この変化は心拍数若 しくは脈拍でのエネルギー吸収の変化をもたらす。 酸素がなくなった、又は脱酸素化された血液は、未使用の酸素含有血液と共に 静脈により心臓に戻される。静脈内の血液量は呼吸率と共に変化し、呼吸率は典 型的には心拍数よりもずっと低速である。故に、静脈の厚さが動作により変化し ない場合には、静脈血液はエネルギー吸収に低周波数の変化を生じさせる。静脈 の厚さが動作により変化する場合には、エネルギー吸収における低周波数の変化 は動作アーチファクトによるエネルギー吸収の随伴的な変化と結合される。 媒体中のエネルギー伝播を用いる吸収測定では、指等の表面近くを血液が流れ る身体の一部の片側に2つの発光ダイオード(LED)が配置され、指の反対側 には光検出器が配置される。典型的には、脈拍酸素計測においては、一方のLE Dが好適には赤色光波長である可視波長を発し、他方のLEDが赤外光波長を発 する。しかしながら、他の波長の組み合わせを使用してもよいことを当業者は理 解するであろう。指は、皮膚、組織、筋肉、動脈血液及び動脈血液、脂肪等を含 み、その各々は、異なる吸収係数、異なる濃度、異なる厚さ、及び光経路長の変 化により異なるように光エネルギーを吸収する。患者が動いていなければ、血液 の流れを除いて吸収は略一定である。従来のフィルタリング技術を介して一定の 減衰が決定され、信号から減じられる。患者が動作すると、バックグラウンド流 体(例えば動脈血液とは異なる飽和度を有する静脈血液)の動きにより光経路長 が変化すること等の摂動が生じる。従って、測定信号は随伴的となる。随伴的な 動作により生じるノイズは典型的に、従来のフィルタリング技術を介しては予め 決定されることができない、及び/又は、測定信号から減じられることができな い。故に、動脈血液及び静脈血液の酸素飽和度を決定することがより困難となる 。 脈拍酸素計測の生理学的モニタの概略図を図11〜図13に示す。図11は、 脈拍酸素計299の一般的なハードウェアブロック図を示す。センサ300はL ED等の2つの光エミッタ301及び302を有する。赤色波長光を発するLE D301と赤外波長光を発する別のLED302が指310に隣接して配置され る。減衰された可視光エネルギー及び赤外光エネルギーに対応する電気信号を生 成する光検出器320はLED301及び302の反対側に位置される。光検出 器320は、前置アナログ信号調整回路330に接続される。 前置アナログ信号調整回路330は、アナログ−ディジタル変換回路332に 出力を接続される。アナログ−ディジタル変換回路332は、ディジタル信号処 理システム334に出力を接続される。ディジタル信号処理システム334はデ ィスプレイ336に対する出力として所望のパラメータを提供する。例えばディ スプレイに対する出力は、血液酸素飽和度、心拍数、及び明瞭なプレチスモグラ フ波形である。 信号処理システムはまた、ディジタル−アナログ変換回路338にエミッタ電 流制御出力337を提供し、ディジタル−アナログ変換回路338は光エミッタ 駆動回路340に対する制御情報を提供する。光エミッタ駆動回路340は、光 エミッタ301、302に接続される。ディジタル信号処理システム334はま た、前置アナログ信号調整回路330に対する利得制御出力342を提供する。 図11aは、エミッタ駆動回路340とディジタル−アナログ変換回路338 の組み合わせの好適な実施形態を示す。図11aで示されるように、駆動回路は 第1入力ラッチ321、第2入力ラッチ322、同期化ラッチ323、電圧基準 324、ディジタル−アナログ変換回路325、第1スイッチバンク326、第 2スイッチバンク327、第1電圧−電流変換器328、第2電圧−電流変換器 329と、図11のLEDエミッタ301、302に対応するLEDエミッタ3 01、302を含む。 図11aで示される好適な駆動回路は、図11の酸素計299におけるノイズ のほとんどがLEDエミッタ301、302により生じることを本発明が見出し た点で有益である。従って、図11aのエミッタ駆動回路は、エミッタ301、 302からのノイズを最小化するように設計される。第1入力ラッチ321及び 第2入力ラッチ324は、DSPバスに直接接続される。故に、これらのラッチ は、図11aの駆動回路に通じるDSPバス上に存在する帯域幅(ノイズとなる )をかなり最小化する。第1入力ラッチ及び第2入力ラッチの出力は、これらの ラッチがDSPバス上のそれらのアドレスを検出した時に変化するだけである。 第1入力ラッチはディジタル−アナログ変換回路325に対するセッティングを 受け取る。第2入力ラッチはスイッチバンク326、327に対するスイッチン グ制御データを受け取る。同期化ラッチは、エミッタ301、302の作動とア ナログ−ディジタル変換回路332の作動の同期化を維持する同期化パルスを受 け取る。 電圧基準はまた、ディジタル−アナログ変換回路325に対する低ノイズDC 電圧基準として選択される。さらに、この実施形態では、電圧基準は非常に低い コーナー周波数(この実施形態では例えば1Hz)を有する低域通過出力フィル タを有する。ディジタル−アナログ変換器325はまた、非常に低いコーナー周 波数(例えば1Hz)を有する低域通過フィルタをその出力に有する。ディジタ ル−アナログ変換回路は、エミッタ301、302の各々に対する信号を提供す る。 本実施形態では、電圧−電流変換回路328、329の出力は、折返し構成で 接続されるエミッタ301、302のうちの1つのみのエミッタが任意の所与の 時間に作動するようにスイッチされる。さらに電圧−電流変換回路は、非作動エ ミッタに対し、それが完全に作動しないようにその入力をスイッチオフさせる。 このことで、スイッチング回路及び電圧−電流変換回路からノイズが低減される 。本実施形態では、低ノイズ電圧−電流変換回路が選択され(例えばOp 27 Op A mps)、ノイズを低減するために低域通過フィルタを有するようにフィードバッ クループが構成される。本実施形態では、後述されるように、電圧−電流変換回 路328、329の低域通フィルタリング機能は、エミッタに対するスイッチン グ速度である625Hzよりちょっと高いコーナー周波数を有する。故に図11 aの好適な駆動回路は、エミッタ301、302のノイズを最小化する。 一般に、赤色光エミッタ301及び赤外光エミッタ302の各々はエネルギー を発し、このエネルギーは指310により吸収され、光検出器320により受け 取られる。光検出器320は、それに当たる光エネルギーの強度に対応する電子 信号を提供する。前置アナログ信号調整回路330は強度信号を受信し、以下に 述べるようにこれらの信号をフィルタ処理のために調整する。得られた信号はア ナログ−ディジタル変換回路332に提供され、ディジタル信号処理システム3 34によるさらなる処理のためにアナログ信号からディジタル信号へと変換され る。ディジタル信号処理システム334は、本文中で「飽和度変換」と呼ばれる 変換を提供するために2つの信号を使用する。血液飽和度モニタリング以外のパ ラメータのモニタリングに対しては、飽和度変換は、所望のパラメータに依存し て濃度変換、生体内変換等とした方がよいことを理解されたい。以下の記載から 明らかになるように、飽和度変換という用語を用いて、時間変域値から飽和度変 域値へとサンプルデータを変換するオペレーションについて述べる。本実施形態 では、ディジタル信号処理システム334の出力は、検出信号の明瞭なプレチス モグラフ波形を提供し、酸素飽和度と脈拍数の値をディスプレイ336に提供す る。 本発明の異なる実施形態では、1つ以上の出力を提供できることを理解された い。ディジタル信号処理システム334はまた、エミッタ電流制御出力337に おけるエミッタ電流制御信号と共に光エミッタ301、302を駆動するための 制御を提供する。この値はディジタル値であり、ディジタル−アナログ変換回路 338により変換され、変換回路338はエミッタ電流駆動回路340に制御信 号を提供する。エミッタ電流駆動回路340は、赤色光エミッタ301と赤外光 エミッタ302に対する適切な電流駆動を提供する。生理学的モニタのオペレー ションに関するさらなる詳細について以下に記載する。本実施形態では、光エミ ッタはエミッタ電流駆動回路340を介して駆動され、625Hzでディジタル 変調される光伝送を提供する。本実施形態では、光エミッタ301、302は、 検出器により検出されると共に前置アナログ信号調整回路330により調整され る許容可能な強度を提供するパワーレベルで駆動される。所与の患者に対してデ ィジタル信号処理システム334によりこのエネルギーレベルが決定されると、 赤色光エミッタ及び赤外光エミッタの電流レベルは一定に維持される。しかしな がら、前置アナログ信号調整回路330に入力される電圧に影響を与える部屋の 周囲光の変化や他の変化に対しては電流を調整できないことを理解されたい。本 発明では、赤色光エミッタ及び赤外光エミッタは以下のように変調される:62 5Hzの完全な1赤色光サイクルに対しては、赤色光エミッタ301が最初の1 /4サイクルの間作動され、残りの3/4サイクルはオフされる;625Hzの 完全な1赤外光サイクルに対しては、赤外光エミッタ302が1/4サイクルの 間作動され、残りの3/4サイクルはオフされる。一時に信号を1つだけ受信す るために、これらエミッタは、その各々が625Hzの1サイクル当り1/4サ イクルの間のみ作動され、1/4サイクルを隔てて交互に順にオンオフされる。 指310を通るように血液(又は他のサンプル媒体)が送り出されることによ り、光信号が減衰される(振幅を変調される)。減衰された(振幅を変調された )信号は、赤色光及び赤外光に対する625Hzのキャリア周波数で光検出器3 20により検出される。光検出器を1つだけ使用するので、光検出器320は、 赤色光信号及び赤外光信号の両信号を受信して、複合的な時間分割信号を形成す る。 複合的な時分割信号は、前置アナログ信号調整回路330に提供される。前置 アナログ信号調整回路330とアナログ−ディジタル変換回路332に関するさ らなる詳細を図12で示す。図12で示すように、前置回路302は、予備増幅 器342、高域通過フィルタ344、増幅器346、プログラム可能利得増幅器 348、及び低域通過フィルタ350を有する。予備増幅器342は、光検出器 320からの複合電流信号を対応する電圧信号に変換し、信号を増幅するトラン スインピーダンス増幅器である。本実施形態では、増幅器は処理を簡便にするた めに信号振幅を増幅する所定の利得を有する。本実施形態では、予備増幅器34 2の電源電圧は−15VDC及び+15VDCである。理解されるように、減衰 信号は、時間次第で赤外光若しくは赤色光を示す成分ばかりでなく周囲光を示す 成分も含む。赤色光及び赤外光以外の光がセンサ300近辺に存在すると、この 周囲光は光検出器320により検出される。従って、予備増幅器の利得は、標準 的で妥当な動作状態の下で信号中の周囲光が予備増幅器を飽和させることのない ように選択される。 本実施形態では、予備増幅器342はAnalogDevices社製のAD74 3JR OpAmp を含む。このトランスインピーダンス増幅器は、所望のシステムに対 して幾つかの望ましい特徴、例えば;低等価入力電圧ノイズ、低等価入力電流ノ イズ、低入力バイアス電流、高利得帯域幅積、低い全高周波歪、高いコモンモー ドリジェクション、高い開ループ利得、及び高い電源リジェクション比;を呈す る点で特に有益である。 予備増幅器342の出力は、高域通過フィルタ344への入力として接続され る。予備増幅器の出力はまた、アナログ−ディジタル変換回路332に第1入力 346を提供する。本実施形態では、高域通過フィルタは、約1/2−1Hzの コーナー周波数を有する単極フィルタである。しかしながら或る実施形態では、 コーナー周波数は容易に約90Hzに高められる。理解されるように、赤色光信 号及び赤外光信号の625Hzキャリア周波数は、90Hzコーナー周波数より もずっと高い。高域通過フィルタ344は増幅器346に入力されるようにその 出力を接続される。本実施形態では、増幅器346はユニット利得増幅器を含む 。しかしながら、増幅器346の利得は、単一レジスタのバリエーションにより 調整可能である。増幅器346の利得は、予備増幅器342の利得が周囲光の影 響を補償するように減少される場合に増大される。 増幅器346の出力は、プログラム可能利得増幅器348への入力を提供する 。プログラム可能利得増幅器348はまた、利得制御信号ライン343上でディ ジタル信号処理システム(DSP)334からのプログラミング入力を受信する。 プログラム可能利得増幅器348の利得は、ディジタル形式でプログラム可能で ある。利得は、患者ごとにテスト媒体が変わるために初期化若しくはセンサ配置 を動的に調整される。例えば、異なる指からの信号は幾らか異なる。従って、処 理に適切な信号を得るために、プログラム可能利得増幅器348により動的に調 整可能な増幅器が提供される。 プログラム可能利得増幅器はまた、エミッタ駆動電流が一定に保持される別の 実施形態においても有益である。この実施形態では、アナログ−ディジタル変換 回路332の入力において適切なダイナミックレンジを得るために、エミッタ駆 動電流が患者ごとに調整される。しかしながら、エミッタ駆動電流を変更するこ とでエミッタの波長が変化し、これが次に酸素計測の計算の結果に悪影響を及ぼ すおそれがある。従って、エミッタ駆動電流は全ての患者に対して固定するのが 有益であろう。本発明の別の実施形態では、アナログ−ディジタル変換回路への 入力において適切にダイナミックレンジ内に存在する信号を得るために、プログ ラム可能利得増幅器をDSPにより調整することができる。このようにエミッタ 駆動電流は全ての患者に対して固定され、エミッタ駆動電流の変化による波長シ フトを削減できる。 プログラム可能利得増幅器348の出力は、低域通過フィルタ350への入力 として接続される。有益なことに、低域通過フィルタ350は本実施形態では1 0kHzのコーナー周波数を有する単極フィルタである。この低域通過フィルタ は、本実施形態では抗エーリアシングを提供する。 低域通過フィルタ350の出力は、アナログ−ディジタル変換回路332への 第2入力352を提供する。図12はまた、アナログ−ディジタル変換回路の追 加的な欠点を示す。本実施形態では、アナログ−ディジタル変換回路332は、 第1アナログ−ディジタル変換回路354と第2アナログ−ディジタル変換回路 356を含む。有益なことに、第1アナログ−ディジタル変換回路354は第1 入力346からアナログ−ディジタル変換回路332への入力を受け取り、第2 アナログ−ディジタル変換回路356はアナログ−ディジタル変換回路332へ の第2入力352において入力を受信する。 或る有益な実施形態では、第1アナログ−ディジタル変換回路354は診断的 なアナログ−ディジタル変換回路である。(ディジタル信号処理システムにより 実行される)診断作業は、高域通過フィルタ344への入力を信号が飽和してい るかどうかを決定するために予備増幅器342により増幅される検出器の出力を 読み取ることである。本実施形態では、高域通過フィルタ344への入力が飽和 状態になると、前置アナログ信号調整回路330が「0(ゼロ)」出力を提供す る。あるいは、第1アナログ−ディジタル変換回路354は未使用のままである 。 第2アナログ−ディジタル変換回路352は、前置信号調整回路330から調 整された複合アナログ信号を受信し、その信号をディジタル形態に変換する。本 実施形態では、第2アナログ−ディジタル変換回路356は、単一チャネルのデ ル−シグマ変換回路を含む。本実施形態では、CrystalSemicond uctor社製のCS5317−KSデルタ−シグマアナログ−ディジタル変換 回路を使用する。かかる変換回路は、低コストであると共に低ノイズ特徴を呈す る点で有益である。より詳細には、デルタ−シグマ変換回路は、ノイズ変調器及 びデシメーションフィルタという2つの主な部分を含む。選択された変換回路は 、ノイズシェーピングを提供するために2次のアナログデルタ−シグマ変調器を 使用する。ノイズシェーピングとは、フラットレスポンスから、より高い周波数 のノイズを増大することでより低い周波数のノイズを減少するレスポンスへとノ イズスペクトルを変更することに関していう。次いでデシメーション(decimati on)フィルタは、より低周波数で16ビット性能を提供するように、再シェーピ ングされた高周波数ノイズをカットする。この変換回路は、生成する16ビット データワードごとに128回データをサンプリングする。このように、変換回路 は優良なノイズリジェクション、ダイナミックレンジ及び低周波歪を提供し、 これは低い灌流及び電気メス等の重要な測定状況に役立つ。 さらに、単一チャネル変換回路を用いることにより、2つ以上のチャネルを互 いに調和させる必要はない。デルタ−シグマ変換回路はまた、ノイズ制御を高め るためにノイズシェーピングを呈する点で有益である。一例のアナログ−ディジ タル変換回路は、CrystalSemiconductor社製のCS531 7である。本実施形態では、第2アナログ−ディジタル変換回路356は、20 kHzのサンプルレートで信号をサンプリングする。第2アナログ−ディジタル 変換回路356の出力は、20kHzでデータサンプルをディジタル信号処理シ ステム334(図11)に提供する。 図13ではディジタル信号処理システム334を詳しく示す。本実施形態では 、ディジタル信号処理システムはマイクロコントローラ360、ディジタル信号 プロセッサ362、プログラムメモリ364、サンプルバッファ366、データ メモリ368、読出し専用メモリ370及び通信レジスタ372を含む。本実施 形態では、ディジタル信号プロセッサ362は、AnalogDevices社 製のAD21020である。本実施形態では、マイクロコントローラ360は、 プログラムメモリ中に構築されたモトローラ(Motorola)製68HCO5を含む 。本実施形態では、サンプルバッファ366は、アナログディジタル変換回路3 32からの20kHzサンプルデータを受信し、このデータはデータメモリ36 8に格納される。本実施形態では、データメモリ368はスタティックランダム アクセスメモリの32,000ワード(本実施形態ではワードは40ビットであ る)を含む。 マイクロコントローラ360は、従来のJTAGタップラインを介してDSP 362に連結される。マイクロコントローラ360は、タップラインを介してプ ログラムメモリ364にDSP362に対するブートローダを転送し、DSP3 62をプログラムメモリ364からブートさせる。プログラムメモリ364にお けるブートローダは、DSP362に対する動作命令を読出し専用メモリ370 からプログラムメモリ364へと転送する。有益なことに、プログラムメモリ3 64は、DSP362に対する非常に高速のメモリである。 マイクロコントローラ360は、通信レジスタ372を介してエミッタ電流制 御及び利得制御信号を提供する。 図14〜図20は、ディジタル信号処理システム334により実行される脈拍 酸素計299のオペレーションの機能を示すブロック図である。後述される信号 処理機能は、本実施形態ではDSP362により実行され、マイクロコントロー ラ360がシステム管理を提供する。本実施形態では、オペレーションはソフト ウェア/ファームウェア制御される。図14は、ディジタル信号処理システム3 34に入力される20kHzサンプルデータに実行されるオペレーションの一般 的な機能を示すブロック図である。図14で示されるように、復調モジュール4 00で示される復調がまず実行される。次に、デシメーションモジュール402 で示されるデシメーションが、得られたデータに実行される。デシメーションオ ペレーションから得られたデータにおいて、統計モジュール404で示されるよ うに所定の統計が行われ、飽和度変換モジュール406で示されるように飽和度 変換が実行される。統計オペレーションを実行されたデータと飽和度変換オペレ ーションを実行されたデータは、飽和度計算モジュール408で示される飽和度 オペレーションと、脈拍数計算モジュール410で示される脈拍数オペレーショ ンに送信される。 一般に、復調オペレーションは複合信号から赤色光信号及び赤外信号を分離し 、625Hzキャリア周波数を除去して、生データポイントを残す。デシメーシ ョンオペレーションに生データポイントが625Hzインターバルで提供される と、サンプルが62.5Hzのサンプルへと10分の1に減少される。デシメー ションオペレーションはまた、サンプルに幾つかのフィルタリングを提供する。 得られたデータには統計オペレーション及び飽和度変換オペレーションが実行さ れ、その信号中の動作アーチファクト及び他のノイズに非常に耐性のある飽和度 値が計算される。飽和度値は飽和度計算モジュール408において確認され、脈 拍数モジュール410を介して脈拍数及び明瞭なプレチスモグラフ波形が得られ る。種々のオペレーションに関するさらなる詳細については、図15〜図21を 用いて説明する。 図15は復調モジュール400のオペレーションを示す。復調信号フォーマッ トは図15に示される。図15には複合信号の1つの完全な625Hzサイクル が示され、最初の1/4サイクルはアクティブな赤色光と周囲光信号であり、2 番目の1/4サイクルは周囲光信号であり、3番目の1/4サイクルはアクティ ブな赤外光信号と周囲光信号であり、4番目の1/4サイクルは周囲光信号であ る。図15で示されるように、20kHzのサンプリング周波数の場合、上述の 625Hzの単一フルサイクルは、20kHzデータの32のサンプル、即ち、 赤色光及び周囲光に関連する8個のサンプルと、周囲光に関連する8個のサンプ ルと、赤外光及び周囲光に関連する8個のサンプルと、周囲光に関連する最終の 8個のサンプルと、を含む。 信号処理システム334は光エミッタ300、302の作動を制御するので、 全体のシステムは同期される。データは、デマルチプレクス(dMUX)モジュール 421で示される時分割デマルチプレクスオペレーションを使用して、4つの8 サンプルパケットに同時に分割される(そしてそれにより復調される)。1つの 8サンプルパケット422は赤色光信号と周囲光信号を示し;第2の8サンプル パケット424は周囲光信号を示し;3番目の8サンプルパケット426は減衰 された赤外光信号と周囲光信号を示し;4番目の8サンプルパケット428は周 囲光信号を示す。選択信号はデマルチプレクスオペレーションを同期的に制御し 、デマルチプレクス回路421の入力において時分割マルチプレクス複合信号を 4つのサブパートに分割する。 図15の加算オペレーション430、432、434、436において示され るように、次に各パケットからの最後の4サンプルの合計が計算される。本実施 形態では、最後の4サンプルを使用するのは、本実施形態のアナログ−ディジタ ル変換回路356における低域通過フィルタが設定時間を有するからである。故 に、各8サンプルパケットから最後の4つのサンプルを収集することにより、以 前の信号がクリーンになる。この加算オペレーションはノイズ排除を強化する積 算オペレーションを提供する。減算サモジュール438、440で示されるよう に、次いで各周囲光サンプルの合計が赤色光サンプル及び赤外サンプルの合計か ら減算される。減算オペレーションは、データ中に存在する周囲光信号をいくら か減衰させる。本実施形態では、減算モジュール438、440のオペレーショ ンにより約20dBの周囲光の減衰が提供される。得られた赤色光及び赤外光の 合計値は、4除算モジュール442、444に示されるように、4で除算される 。得られた各値は、625Hzの赤色光信号及び赤外光信号の各1つのサンプル を提供する。 625Hzのキャリア周波数が復調オペレーション400により取り除かれた ことを理解されたい。復調オペレーション400の出力における625Hzのサ ンプルデータは、キャリア周波数のないサンプルデータである。ナイキストサン プリング要求を満足するために、(人間の脈拍は毎分約25〜250ビート、若 しくは約0.4Hz〜4Hzであることを理解した上で)20Hz未満が必要で ある。従って、デシメーションオペレーションにおいて625Hzの分解能が6 2.5Hzに減じられる。 図16は、デシメーションモジュール402のオペレーションを示す。赤色光 信号及び赤外光信号のサンプルデータが、それぞれ赤色光信号及び赤外光信号バ ッファ/フィルタ450、452に625Hzで提供される。本実施形態では、 赤色光信号及び赤外光信号バッファ/フィルタは519個のサンプル深さである 。有利なことに、バッファフィルタ450、452は連続的な先入れ先出しバッ ファとして機能する。519個のサンプルには低域通過フィルタリングが実行さ れる。好ましくは、低域通過フィルタリングは約−110dBの減衰と共に約7 .5Hzのカットオフ周波数を有する。バッファ/フィルタ450、452は5 19タップに対する係数を有する有限インパルスレスポンス(FIR)を形成す る。サンプル周波数を1/10にするには、赤色光信号デシメーションモジュー ル454及び赤外光信号デシメーションモジュール456に示されるように、低 域通過フィルタの計算が10個のサンプル毎に実行される。換言すれば、各10 個の新たなサンプルがバッファ/フィルタ450、452に移送されると、イン パルスレスポンス(係数)に519フィルタタップを乗算することにより、低域 通過フィルタ計算が実行される。各フィルタ計算により、赤色光出力バッファ4 58及び赤外光出力バッファ460の出力サンプルが提供される。本実施形態で は、赤色光出力バッファ458及び赤外光出力バッファ460はまた、570の データサンプルを保持する連続するFIFOバッファでもある。570のサンプ ルは、赤外光サンプル及び赤色光サンプル若しくはサンプルパケット(本文中で は「スナップショット」ともいう)を提供する。図14で示されるように、出力 バッファは、統計オペレーションモジュール404、飽和度変換モジュール40 6、及び脈拍数モジュール410に対するサンプルデータを提供する。 図17は、統計モジュール404の機能オペレーションをさらに詳細に示して いる。要約すると、統計モジュール404は、赤色光チャネル及び赤外光チャネ ルに対する1次の酸素計測計算及びRMS信号値を提供する。統計モジュールは また、赤色光信号と赤外光信号の間の相互相関を示す相互相関出力を提供する。 図17で示されるように、統計オペレーションは、キャリア周波数を除去され た減衰赤外光信号及び赤色光信号を示す2つのサンプルパケット(本実施形態で は例えば62.5Hzの570のサンプル)を受信する。赤外光信号及び赤色光 信号の各パケットは、ログモジュール480、482で示されるように、ログ機 能を用いて正規化される。正規化の後には、DC除去モジュール484、486 で示されるように、信号のDC部分が除去される。本実施形態では、DC除去は 、赤色光スナップショット及び赤外光スナップショットの各々からサンプルの最 初の1つのDC値を確認し、それぞれのパケットにおける全てのサンプルからこ のDC値を除去することを含む。 DC信号が除去されると、赤色光帯域通過フィルタモジュール488及び赤外 光帯域通過フィルタモジュール490で示されるように、信号に帯域通過フィル タリングが実行される。本実施形態では、各パケットに570のサンプルがある 場合には、帯域通過フィルタは、リニアフェーズレスポンスを有し、歪をほとん ど若しくは全く有さないFIRフィルタを提供する301のタップを有するよう に構成される。本実施形態では、帯域通過フィルタは34ビート/分〜250ビ ート/分の通過帯域を有する。フィルタ処理された赤色光信号を示す270のフ ィルタ処理サンプルとフィルタ処理された赤外光信号を示す270のフィルタ処 理サンプルを得るために、301のタップは570のサンプル上をスライドする 。理想的なケースでは、帯域通過フィルタ488、490が信号中のDCを除去 する。しかしながら、DC除去オペレーション484、486は、本実施形態に おいてDC除去を補佐する。 フィルタ処理の後、最後の120のサンプルを選択するモジュール492、4 94で示されるように、(本実施形態では270のサンプルの)各パケットから 最後の120のサンプルが、さらなる処理のために選択される。以下に述べられ るように、本実施形態では、同一のデータパケットを処理する飽和度移送モジュ ール406に対する設定時間内に最初の150のサンプルが入るので、最後の1 20のサンプルが選択されることになる。 赤色光信号及び赤外光信号の120サンプルパケットに従来の飽和度式計算が 実行される。本実施形態では、従来の飽和度計算は2つの異なる方法で実行され る。1つの計算は、第1赤色光信号RMSモジュール496及び赤外光信号RM Sモジュール498で示されるように、120サンプルパケットがRMS値全体 を得るように処理される。赤色光信号及び赤外光信号の得られたRMS値は、第 1のRED RMS/IR RMS比オペレーション500に対する入力値を提 供し、オペレーション500は飽和度式モジュール502への入力としてRMS 赤色光信号値とRMS赤外光信号値の比を提供する。当業者には理解されるよう に、既知の赤色光波長及び赤外光波長(典型的にはλred=650nm及びλIR= 910nm)に対して検出される赤色光対赤外光の強度の比は、患者の酸素飽和度 に関連する。従って、飽和度式モジュール502は、その出力504において所 定比に対する既知の飽和度値を提供する従来のルックアップテーブル等を示す。 赤色光RMS値及び赤外光RMS値はまた、飽和度オペレーションモジュール4 04の出力としても提供される。 従来の飽和度オペレーション502に加え、第1相互相関モジュール506に 示されるように120サンプルパケットには相互相関オペレーションが実行され る。第1相互相関モジュール506は、赤外光信号と赤色光信号との間に良好な 相関が存在するかどうかを決定する。この相互相関は、欠陥のある又は機能不全 の検出器を検出することに有益である。相互相関はまた、信号モデル(即ち式(1 )〜(3)のモデル)が満たされる時の検出にも有益である。2つのチャネル同士の 間の相関が低すぎると、信号モデルは満たされない。これを決定するために、正 規化された相互相関は、各データスナップショットに対して相互相関モジュール 506により計算されることができる。1つのかかる相関関数は、以下のように 示される。 相互相関が低すぎる場合には、酸素計299はオペレータに警告(例えば聞こ えるように、見えるように、等)を発する。本実施形態では、選択されたスナッ プショットが0.75未満の正規化相関を得る場合に、そのスナップショットを 適格化しない。信号モデルを満たす信号は、しきい値よりも大きい相関を有する 。 赤色光及び赤外光の120サンプルパケットはまた、120のサンプルが5つ の等しいサンプルビンに分割されることを除いて、上述と同じ方法で第2飽和度 オペレーション及び相互相関オペレーションを実行される。RMS、比、飽和度 、及び相互相関オペレーションがビン毎に実行される。これらのオペレーション は、図17における5分割等価ビンモジュール510、512、第2赤色光及び 赤外光RMSモジュール514、516、第2RED−RMS/IR−RMS比 モジュール518、第2飽和度式モジュール520、及び第2相互相関モジュー ル522に示される。 図18は、図14で示される飽和度変換モジュール406に関するさらなる詳 細を示す。図18に示されるように、飽和度変換モジュール406は、基準プロ セッサ530、相関キャンセラ531、マスタパワー曲線モジュール554、及 びビンパワー曲線モジュール533を含む。飽和度変換モジュール406は、基 準プロセッサ26、相関キャンセラ27、及び積算手段29を有する図7aに相 関して、図7cで示される別個の信号係数に対して1つのパワー曲線を提供する ことができる。飽和度変換モジュール406は、データのスナップショットから 飽和度スペクトルを得る。換言すれば、飽和度変換406は、スナップショット に存在する飽和度値の情報を提供する。 図18で示されるように、飽和度変換モジュール406の基準プロセッサ53 0は、基準生成モジュール534、DC除去モジュール536、及び帯域通過フ ィルタモジュール538を有する。デシメーションオペレーションからの赤色光 及び赤外光の570サンプルパケットは、基準プロセッサ530に提供される。 さらに、複数の可能な飽和度値(「飽和度軸走査」)が飽和度基準プロセッサ5 30への入力として提供される。本実施形態では、117の飽和度値が飽和度軸 走査として提供される。好適な実施形態では、117の飽和度値の範囲は34. 8〜105.0の血液酸素飽和度に均一に及ぶ。従って本実施形態では、117 の飽和度値は相関キャンセラ531により使用される基準信号を生成する基準プ ロセッサ530に対する軸走査を提供する。換言すれば、基準プロセッサは、各 飽和度値を提供され、その結果基準信号が飽和度値に対応するように生成される 。相関キャンセラは、本実施形態では結合プロセス推定手段550及び低域通過 フィルタ552により形成される。 走査値は、117の走査値よりも高い若しくは低い分解能を提供するように選 択されることができる。走査値は、不均一に離間されてもよい。 図18に示されるように、飽和度式モジュール532は、入力として飽和度軸 走査値を受信し、出力として比rnを提供する。図7a〜図7cの総括的な説明 に比較すると、この比rnは上に概説した複数の走査値に対応する。飽和度式は 、入力として受信された飽和度値に対応する既知の比r(赤色光/赤外光)を提 供する。 比rnは、赤色光及び赤外光のサンプルパケットのように、基準生成回路53 4への入力として提供される。基準生成回路534は、赤色光若しくは赤外光の サンプルのいずれかに比rnを乗算し、その値をそれぞれ赤外光若しくは赤色光 のサンプルから減算する。例えば、本実施形態では、基準生成回路534は、赤 色光サンプルに比rnを乗算して、この値を赤外光サンプルから減算する。得ら れた値は、基準生成回路534の出力となる。このオペレーションは、飽和度走 査値の各々(例えば、本実施形態では117個の値が可能)に対して計算される 。従って、得られたデータは570のデータポイントの各々の117の基準信号 ベクトルとして述べることができ、以後これを基準信号ベクトルと呼ぶことにす る。このデータをアレイ等に格納することもできる。 換言すれば、赤色光サンプルパケットと赤外光サンプルパケットが、一次信号 部分s'(t)及び二次信号部分n'(t)を有する赤色光測定信号Sred(t)及び 赤外光測定信号SIR(t)を示すと仮定すると、基準生成回路の出力は、上述 した信号モデルに従う二次基準信号n'(t)となり、以下のように表される: n'(t)=Sir(t)−rnred(t) 本実施形態では、基準信号ベクトル及び赤外光信号は、基準プロセッサ530 のDC除去モジュール536への入力として提供される。統計モジュール404 におけるDC除去モジュール484、486のようなDC除去モジュール536 は、それぞれの入力に対する最初のサンプルのDC値(又はパケット中の最初の いくつかの若しくは全てのサンプルの平均)を確認する。得られたサンプル値は 、帯域幅通過フィルタ538に与えられる。 基準プロセッサ530の帯域幅通過フィルタ538は、統計モジュール404 の帯域幅通過フィルタ488、490と同じタイプのフィルタリングを実行する 。従って、帯域幅通過フィルタ処理を実行された570のサンプルは結果的に、 残り270のサンプルとなる。帯域幅通過フィルタ538の第1出力542おい て得られたデータは、270のサンプルからなる1つのベクトルである(本実施 形態ではフィルタ処理された赤外光信号を表す)。故に、帯域幅通過フィルタ5 38の第2出力540において得られたデータは、各々が270のデータポイン トからなる117の基準信号ベクトルであり、それは飽和度基準プロセッサ53 0に提供された飽和度軸走査値の各々に対応する。 赤色光サンプル及び赤外光サンプルパケットは、基準プロセッサ530におい て使用される際にスイッチングされ得る。さらに、DC除去モジュール536及 び帯域幅通過フィルタモジュール538は、基準プロセッサ530にデータが入 力される前に実行されることができる。なぜなら、基準プロセッサにおいて実行 される計算は線形的であるからである。これにより、処理のかなりの経済性が生 じる。 基準プロセッサ530の出力は、図8を参照して上述したタイプの結合プロセ ス推定手段550に対する第1及び第2の入力を提供することを理解されたい。 結合プロセス推定手段550への第1入力は、本実施形態では赤外光信号を表す 270サンプルパケットである。この信号は、一次信号部分及び二次信号部分を 含む。結合プロセス推定手段への第2の入力は、各々が270のサンプルの11 7の基準信号ベクトルである。 結合プロセス推定手段はまた、ラムダ入力543、最小誤差入力544、及び セル構成数入力545を受信する。これらのパラメータは当該技術ではよく理解 されている。ラムダパラメータはしばしば、結合プロセス推定手段に対する「忘 却パラメータ」と呼ばれる。ラムダ入力543は、結合プロセス推定手段に対す るキャンセル率の制御を提供する。本実施形態では、ラムダは0.8等の低い値 にセットされる。信号の統計は一定していないので、低い値によりトラッキング が改良される。最小誤差入力544は、結合プロセス推定手段550に対する初 期化パラメータ(従来的には「初期化値」として知られている)を提供する。本 実施形態では、最小誤差値は10-6である。この初期化パラメータにより、結合 プロセス推定手段500が初期計算時に0(ゼロ)で除算されることがなくなる 。結合プロセス推定手段550のセル数入力545は、結合プロセス推定手段の セル数を構成する。本実施形態では、飽和度変換オペレーション406に対する セルの数は6である。当該技術では理解されるように、各正弦波に対して、結合 プロセス推定手段は2つのセルを必要とする。35〜250ビート/分の範囲に 2つの正弦波が存在する場合には、2つの心拍数正弦波と1つのノイズ正弦波に 対して6個のセルが存在する。 結合プロセス推定手段550は、相関キャンセラ531への第2入力540に 提供される複数の基準信号ベクトル(本実施形態では連続した全ての117の基 準ベクトル)の各々に基づいて、相関キャンセラへの第1入力542に第1入力 ベクトルを受信する。相関キャンセルにより、117の基準ベクトルの各々に対 して1つの出力ベクトルが得られる。各出力ベクトルは、第1入力ベクトルと対 応する基準信号ベクトルが共通して有さない情報を示す。得られる出力ベクトル は、結合プロセス推定手段に対する出力として提供され、低域通過フィルタモジ ュール552に与えられる。本実施形態では、低域通過フィルタ552は、25 のタップと、62.5Hzのサンプリング周波数を有する10Hzのコーナー周 波数とを有するFIRフィルタを含む。 本実施形態の結合プロセス推定手段550は150のデータポイントの設定時 間を有する。故に、各270のポイント出力ベクトルから最後の120のデータ ポイントがさらなる処理に使用される。本実施形態では、出力ベクトルは全体と してさらに処理され、等しいデータポイント数の複数のビンに分割される。図1 8で示されるように、出力ベクトルは、マスタパワー曲線モジュール554と5 分割ビンモジュール556に提供される。5分割ビンモジュール556は、各出 力ベクトルを等しいデータポイント数の5つのビンに分割する。各ビンは次いで 、ビンパワー曲線モジュール558に提供される。 マスタパワー曲線モジュール554は、以下のように飽和度変換を実行する: 各出力ベクトルに対して、データポイントの二乗の合計が確認される。これは、 各出力ベクトル(各出力ベクトルは飽和度走査値の1つに対応する)に対応する 二乗値の合計を提供する。これらの値は、図22で示されるようにマスターパワ ー曲線555に対するベースを提供する。パワー曲線の水平軸は飽和度軸走査値 を示し、垂直軸は各出力ベクトルの二乗値の合計(又は出力エネルギー)を示す 。換言すれば、図22で示されるように、二乗の各合計は、出力ベクトルを生成 した対応する飽和度走査値の水平軸におけるポイントにおいて垂直「エネルギー 出力」軸上にプロットされる二乗値の合計の大きさを用いてプロットされること ができる。これにより、マスターパワー曲線558が得られ、その一例が図22 に示される。これにより、全ての可能な飽和度値を検討し、仮定された飽和度値 に対する出力値を調査することにより、減衰エネルギーのスペクトル内容が調査 される飽和度変換が提供される。理解されるように、相関キャンセラ531への 第1入力及び第2入力がほとんどの部分で相関している場合、相関キャンセラ5 31の対応する出力ベクトルの二乗の合計は非常に低い。逆に、相関キャンセラ 531への第1入力と第2入力があまり相関を示さない場合には、出力ベクトル の二乗の合計は高い。従って、基準信号のスペクトル内容と相関キャンセラの第 1入力がほとんど、生理学的ノイズ(呼吸による静脈血液の動き)及び非生理学 的ノイズ(例えば動作により発生される)から構成される場合には、出力エネル ギーは低いであろう。基準信号のスペクトル内容及び相関キャンセラへの第1入 力が相関しない場合には、出力エネルギーはもっと高くなる。 対応する変換は、飽和度変換パワー曲線が各ビンに対して生成されることを除 いて、ビンパワー曲線モジュール558により実行される。得られるパワー曲線 は、飽和度変換モジュール406の出力として提供される。 一般に、本発明の信号モデルによれば、図22で示されるようにパワー曲線に おいて2つのピークが存在する。1つのピークは、血液の動脈酸素飽和度に対応 し、もう1つのピークは血液の静脈酸素濃度に対応する。本発明の信号モデルに 関連しては、最高の飽和度値に対応するピーク(最大の大きさを有するピークで ある必要はない)は、比例係数raに対応する。換言すれば、比例係数raは、動 脈飽和度に対して測定される赤色光/赤外光比に対応する。同様に、最低の飽和 度値に対応するピーク(最低の大きさを有するピークである必要はない)は概し て、静脈酸素飽和度に対応し、この静脈酸素飽和度は本発明の信号モデルにおけ る比例係数rvに対応する。従って、比例係数rvは、静脈酸素飽和度に対応する 赤色光/赤外光比である。 動脈酸素飽和度を得るには、最高の飽和度値に対応するパワー曲線のピークを 選択することができる。しかしながら、値の信頼性を高めるために、さらなる処 理が実行される。図19は、飽和度変換モジュール406と統計モジュール40 4の出力に基づく飽和度計算モジュール408のオペレーションを示す。図19 に示されるように、ビンパワー曲線及びビン統計は、飽和度計算モジュール40 8に提供される。本実施形態では、マスタ曲線は飽和度モジュール408に提供 されずに、システムオペレーションにおける視覚チェックのためにディスプレイ されることができる。ビン統計は、赤色光RMS値及び赤外光RMS値、シード (seed)飽和度値と、統計モジュール404からの赤色光信号及び赤外光信号の 間の相互相関を示す値とを含む。 飽和度計算モジュール408はまず、ビン属性計算モジュール560により示 されるように複数のビン属性を決定する。ビン属性計算モジュール560は、ビ ンパワー曲線からの情報とビン統計からの情報とからデータビンを収集する。本 実施形態では、このオペレーションは、データビン中の最高の飽和度値に対応す るように各パワー曲線からのピークの飽和度値を配置することを含む。本実施形 態では、平滑化微分フィルタ関数とパワー曲線をたたみこむことによって対象と するパワー曲線の1次導関数をまず計算することにより、最高のピークの選択が 実行される。本実施形態では、平滑化微分フィルタ関数(FIRフィルタを用い る)は、以下の係数を有する。 このフィルタは微分及び平滑化を実行する。次いで、対象とするオリジナルのパ ワー曲線における各ポイントが評価され、次(1)及び(2)のような条件が満たされ た場合に可能なピークとなるように決定される:(1)ポイントがパワー曲線中の 最大値の少なくとも2%である;(2)1次導関数の値が0より大きい数から0以 下の数へと変化する。可能なピークであると見出された各ポイントに対して、隣 接するポイントが調査され、3つのポイントのうち最大のポイントが真のピーク であると考えられる。 これらの選択されたピークに対するピーク幅も計算される。対象とするパワー 曲線のピーク幅は、パワー曲線における全てのポイントを合計し、パワー曲線に おける最小値とポイント数の積を減算することにより計算される。本実施形態で は、ピーク幅の計算はビンパワー曲線の各々に対して行われる。最大値はピーク 幅として選択される。 さらに、全体のスナップショットからの赤外光RMS値、赤色光RMS値、各 ビンに対するシード飽和度値、そして統計モジュール404からの赤色光信号と 赤外光信号との相互相関もまた、データビン中に配置される。次いで属性が使用 され、ビン適格化論理モジュール562に示されるようにデータビンが許容可能 なデータからなるかどうかが決定される。 赤色光信号と赤外光信号の間の相関が非常に低い場合には、ビンは放棄される 。所与のビンに対して選択されたピークの飽和度値が同一のビンに対するシード 飽和度よりも低い場合には、ピークはシード飽和度値と置き換えられる。赤色光 RMS値若しくは赤外光RMS値のいずれかが非常に小さいしきい値未満であれ ば、ビンは全て放棄され、飽和度値は提供されない。なぜなら、測定信号が小さ すぎて意味のあるデータを得ることができないと判断されるからである。ビンが 許容可能なデータを含まない場合には、例外処理モジュール563がデータが誤 りであるというメッセージをディスプレイ336に提供する。 いくつかのビンが適格であれば、許容可能なデータを有するとして適格とされ たそれらのビンと適格でないビンは、許容されるビンの平均と置き換えられる。 各ビンは、時間シーケンスを維持するためにタイムスタンプを与えられる。ボー ターオペレーション565は、各ビンを調査し、最高の飽和度値を選択する。こ れらの値は、クリップ及び平滑化オペレーション566に送信される。 クリップ及び平滑化オペレーション566は基本的に、低域通過フィルタを用 いて平均処理を実行する。低域通過フィルタは、平滑化フィルタ選択モジュール 568により選択される調整可能な平滑化処理を提供する。平滑化フィルタ選択 モジュール568は、高信頼性テストモジュール570により実行される信頼性 決定に基づいてそのオペレーションを実行する。高信頼性テストは、ビンパワー 曲線に対するピーク幅の調査である。ピーク幅は、患者の動作を示す何らかの表 示を提供し、ピーク幅が広ければ動作を示す。従って、ピーク幅が広ければ、平 滑化フィルタはスローダウンされる。ピーク幅が狭ければ、平滑化フィルタの速 度は増大する。従って、平滑化フィルタ566は、信頼性のレベルに基づいて調 整される。クリップ及び平滑化モジュール566の出力は、本発明に従って酸素 飽和度値を提供する。 この好適な実施形態では、クリップ及び平滑化フィルタ566は、新しい飽和 度値を受け取り、それを現在の飽和度値に比較する。その差の大きさが16(% 酸素飽和度)未満であれば、値は合格である。そうではなく、新しい飽和度値が フィルタ処理された飽和度値未満である場合には、新しい飽和度値がフィルタ処 理された飽和度値より16だけ低い値に変更される。新しい飽和度値がフィルタ 処理された飽和度値より大きければ、新しい飽和度値はフィルタ処理された飽和 度値より16だけ大きい値に変更される。 高い信頼性が存在する間(動作がない間)には、平滑化フィルタは、以下のよ うに計算される単極若しくは指数関数的平滑化フィルタである: y(n)=0.6*x(n)+0.4*y(n−1) ここで、x(n)はクリップされた新しい飽和度値であり、y(n)はフィルタ 処理された飽和度値である。 動作状態中には、3極IIR(有限インパルスレスポンス)フィルタが使用さ れる。その特徴は、それぞれ0.985、0.900、及び0.94の値を有す る3つの時間定数ta、tb、及びtcにより制御される。以下の関係を用いて3 つの時間定数から直接形態I,IIRフィルタに対する係数が計算される: a0=0 a1=tb+(tc)(ta+tb) a2=(−tb)(tc)(ta+tb+(tc)(ta)) a3=(tb2(tc2(ta) b0=1−tb−(tc)(ta+(tc)(tb)) b1=2(tb)(tc)(ta−1) b2=(tb)(tc)(tb+(tc)(ta)−(tb)(tc)(ta)−ta) 図20及び図21は、脈拍数モジュール410(図14)をより詳細に示す。 図20に示されるように、心拍数モジュールは、トランジェント除去及び帯域幅 フィルタモジュール578、動作アーチファクト抑制モジュール580、飽和度 式モジュール582、動作状態モジュール584、第1及び第2スペクトル推定 モジュール586、588、スペクトル分析モジュール590、スルーレート制 限モジュール592、出力フィルタ594、及び出力フィルタ係数モジュール5 96を有する。 さらに図20に示されるように、心拍数モジュール410はデシメーションモ ジュール402の出力から赤外光及び赤色光の570のサンプルスナップショッ トを受け取る。心拍数モジュール410はさらに、飽和度計算モジュール408 からの出力である飽和度値を受信する。さらに、信頼性テストモジュール570 により計算される(上述のピーク幅計算と同じである)最大ピーク幅もまた、心 拍数モジュール410への入力として提供される。赤外光及び赤色光サンプルパ ケット、飽和度値、及び動作状態モジュール584の出力は、動作アーチファク ト抑制モジュール580に提供される。 平均ピーク幅値は、動作状態モジュール584への入力を提供する。本実施形 態では、ピーク幅が広ければ、これは動作を示すものとして受け取られる。動作 が検出されなければ、信号におけるスペクトル推定は、動作アーチファクト抑制 なしに直接実行される。 動作が検出された場合には、動作アーチファクトは動作アーチファクト抑制モ ジュール580を用いて抑制される。動作アーチファクト抑制モジュール580 は飽和度変換モジュール406と略同じである。動作アーチファクト抑制モジュ ール580は、第2スペクトル推定モジュール588への入力として接続される 出力を提供する。第1スペクトル推定モジュール586及び第2スペクトル推定 モジュール588は、スペクトル分析モジュール590に入力を提供する出力を 有する。スペクトル分析モジュール590はまた、動作状態モジュール584の 出力を入力として受け取る。スペクトル分析モジュール590の出力は、心拍率 モジュール410の初期心拍率決定であり、スルーレート制限モジュール592 への入力を提供される。スルーレート制限モジュール592は、出力フィルタ5 94に接続される。出力フィルタ594はまた、出力フィルタ係数モジュール5 96から入力を受信する。出力フィルタ594は、ディスプレイ336(図11 )に対してフィルタ処理された心拍数を提供する。 動作がない場合には、DC除去及び帯域幅フィルタモジュール578で示され るように、信号の1つがDC除去及び帯域幅フィルタ処理される。DC除去及び 帯域幅フィルタモジュール578は、DC除去及び帯域幅フィルタモジュール5 36、538と同じフィルタ処理を提供する。動作のない状態の間は、フィルタ 処理された赤外光信号が第1スペクトル推定モジュール586に提供される。 本実施形態では、スペクトル推定は、心拍数情報の周波数スペクトルを提供す るチャープ(Chirp)Z変換を含む。所望の出力に対する周波数レンジはチャー プZ変換で示されることができるため、従来のフーリエ変換ではなくチャープZ 変換を使用する。従って本実施形態では、30〜250ビート/分の心拍数の周 波数スペクトルが提供される。本実施形態では、周波数スペクトルは、スペクト ルからの第1高調波を脈拍数として選択するスペクトル分析モジュール590に 提供される。通常、第1高調波は、最大のマグニチュードを有すると共に脈拍数 を示す周波数スペクトル中のピークである。しかしながら、或る状況では、第2 の高調波若しくは第3の高調波がより大きいマグニチュードを呈することもでき る。これを理解すれば、第1高調波を選択するには、スペクトル中の最大ピーク の少なくとも1/20の振幅を有する第1ピークが選択される。これによって、 ノイズにより生じるチャープZ変換のピークを心拍数として選択する可能性が最 小化される。 動作が生じた場合には、動作アーチファクト抑制モジュール580を用いてス ナップショットにおいて動作アーチファクト抑制が実行される。動作アーチファ クト抑制モジュール580を図21でより詳細に示す。図21に見るように、動 作アーチファクト抑制モジュール580は、飽和度変換モジュール406(図1 8)と略同じである。従って、動作アーチファクト抑制モジュールは、動作アー チファクト基準プロセッサ570及び動作アーチファクト相関キャンセラ571 を有する。 動作アーチファクト基準プロセッサ570は、飽和度変換モジュール406の 基準プロセッサ530を同じである。しかしながら、基準プロセッサ570は、 117の飽和度走査値を用いて全体の飽和度変換を実行するのではなく、飽和度 モジュール408からの飽和度値を使用する。従って基準プロセッサ570は、 飽和度式モジュール581、基準生成手段582、DC除去モジュール583、 及び帯域幅通過フィルタモジュール585を有する。これらのモジュールは、飽 和度変換基準プロセッサ530における対応するモジュールと同じである。本実 施形態では、飽和度式モジュール581は、飽和度変換モジュール406におい て実行されたような飽和度軸変換を実行するのではなく、飽和度計算モジュール 408から動脈飽和度値を受信する。なぜなら、動脈飽和度が選択されたので、 軸走査を実行する必要がないからである。従って、飽和度式モジュール581の 出力は、比例定数ra(即ち動脈飽和度値に対する赤色光対赤外光比)に対応す る。そうでない場合、基準プロセッサ570は飽和度変換モジュール406の基 準プロセッサ530と同じ機能を実行する。 動作アーチファクト相関キャンセラ571はまた、飽和度変換相関キャンセラ 531(図18)と同様である。しかしながら、動作アーチファクト抑制相関キ ャンセラ571は、わずかに異なる動作アーチファクト結合プロセス推定手段5 72を使用する。従って、動作アーチファクト抑制相関キャンセラ571は、結 合プロセス推定手段572及び低域通過フィルタ573を有する。動作アーチフ ァクト結合プロセス推定手段572は、セル数入力574により選択されるセル の数が異なること(本実施形態では6〜10)、忘却パラメータが異なること( 本実施形態では0.98)、そして適応により時間遅延が異なることにおいて飽 和度変換結合プロセス推定手段550とは異なる。低域通フィルタ573は、飽 和度変換相関キャンセラ531の低域通過フィルタ552と同じである。 基準プロセッサに飽和度値が1つのみ提供されるので、570のサンプルの各 入力パケットに対して、動作アーチファクト抑制相関キャンセラ571の出力に おいて270のサンプルの出力ベクトルが1つのみ得られる。本実施形態では、 相関キャンセラへの第1入力として赤外光波長が提供される場合には、相関キャ ンセラ571の出力は、明瞭な赤外光波形を提供する。上述のように、赤外光波 長信号及び赤色光波長信号は、動作アーチファクト抑制相関キャンセラ571の 出力において明瞭な赤色光波形が提供されるようにスイッチングされることがで きる。基準プロセッサ570が基準信号として相関キャンセラ571に入力され るノイズ基準を生成できる患者の実際の飽和度値はわかっているので、相関キャ ンセラ571の出力は明瞭な波形である。動作アーチファクト抑制モジュール5 80の出力における明瞭な波形は、ディスプレイ336に送信できる明瞭なプレ チスモグラフである。 上述のように、別法の結合プロセス推定手段は、QRD最小自乗格子型方法( 図8a、図9a及び図10a)を使用する。従って、結合プロセス推定手段57 3(並びに結合プロセス推定手段550)は、QRD最小自乗格子型オペレーシ ョンを実行する結合プロセス推定手段に置き換えられることもできる。 図21aは、結合プロセス推定手段572を結合プロセス推定手段572aに 置き換えられた動作アーチファクト抑制モジュールの別の実施形態を示す。結合 プロセス推定手段572aは、図10aのようなQRD最小自乗格子型システム を含む。この実施形態によれば、QRDアルゴリズムに対して必要に応じて異な る初期化パラメータが使用される。 初期化パラメータは、図21aで「セル数」、「ラムダ」、「最小誤差合計」 、「初期γ」、「初期誤差合計」と記されている。セル数及びラムダは、結合プ ロセス推定手段572における同様のパラメータに対応する。「初期γ」は、ゼ ロ次数ステージを除く全てのステージに対するγ初期化変数に対応し、それは前 述のようにQRD式において1に初期化される。初期誤差合計は、QRD式で上 述のδ初期化パラメータを提供する。オーバーフローを回避するために、QRD 式及び最小誤差合計における各除算において実際計算された分母の大きい方が使 用される。本実施形態では、好適な初期化パラメータは以下の通りである: セルの数=6 ラムダ=0.8 最小誤差合計=10-20 初期γ=10-2 初期誤差合計=10-6 動作アーチファクト抑制モジュール580からの明瞭な波形出力はまた、第2 スペクトル推定モジュール588への入力を提供する。第2スペクトル推定モジ ュール588は、第1スペクトル推定モジュール586と同じチャープZ変換を 実行する。動作がない場合には、第1スペクトル推定モジュール586からの出 力がスペクトル分析モジュール586に提供される。動作が生じた場合には、第 2スペクトル推定モジュール588からの出力がスペクトル分析モジュール59 0に提供される。スペクトル分析モジュール590は適切なスペクトル推定モジ ュールからの周波数スペクトルを調査して、脈拍数を決定する。動作が生じた場 合には、スペクトル分析モジュール590は、スペクトル中の最高の振幅を有す るピークを選択する。なぜなら、動作アーチファクト抑制モジュール580が全 ての他の周波数を実際の心拍数のピーク未満の値に減衰させるからである。動作 がない場合には、スペクトル分析モジュールは上述のように心拍数としてスペク トル中の第1高調波を選択する。 スペクトル分析モジュール590の出力は、スルーレート制限モジュール59 2への入力として生の心拍数を提供する。本実施形態では、スルーレート制限モ ジュール592は、2秒間のインターバル当り20ビート/分より多い変化を防 止する。 出力フィルタ594は、クリップ及び平滑化フィルタ566に関して上述した 指数関数的平滑化フィルタに類似した指数関数的平滑化フィルタを含む。出力フ ィルタは、出力フィルタ係数モジュール596を介して制御される。動作が大き い場合には、このフィルタはスローダウンし、動作がほとんど若しくは全くない 場合には、このフィルタはより高速にサンプリングを行って明瞭な値を維持する ことができる。出力フィルタ594からの出力は患者の脈拍であり、これはディ スプレイ336に提供され、有益である。飽和度変換モジュールの別法−フィルタのバンク 飽和度変換モジュール406の飽和度変換の別法は、図23で示されるフィル タのバンクを用いて実行できる。図23に示されるように、第1フィルタバンク 600及び第2フィルタバンク602の2つのフィルタバンクが提供される。第 1フィルタバンク600は、対応する第1フィルタバンク入力604において第 1測定信号Sλb(t)(本実施形態では赤外光信号サンプル)を受信し、第2 フィルタバンク602は対応する第2フィルタバンク入力606において第2測 定信号Sλa(t)(本実施形態では赤色光信号サンプル)を受信する。好適な 実施形態では、第1及び第2フィルタバンクは、一定のセンター周波数とコーナ ー周波数を有する静的な回帰多相帯域通過フィルタを使用する。回帰多相フィル タはハリス(Harris)他の文献に述べられている。この文献「Digital Single P rocessing With Efficient Polyphase Recursive All-Pass Filters」は、付録 Aとして添付した。しかしながら、アダプティブな実行も可能である。本実施形 態では、回帰多相帯域通過フィルタエレメントは各々、特定のセンター周波数及 び帯域幅を含むように設計される。 各フィルタバンクにはN個のフィルタエレメントが存在する。第1フィルタバ ンク600におけるフィルタエレメントの各々は、第2フィルタバンク602中 に、マッチングする(即ち同一のセンター周波数及び帯域幅を有する)フィルタ エレメントを有する。図23で示されるように、N個のエレメントのセンター周 波数及びコーナー周波数は各々、N個の周波数レンジ、0からF1、F1−F2、 F2−F3、F3−F4... FN-1−FNを占めるように設計される。 (206) フィルタエレメントの数は1〜無限大の範囲に及ぶことができる。しか しながら本実施形態では、センター周波数が25ビート/分〜250ビート/分 の周波数レンジにわたるように約120の別個のフィルタエレメントを分離する 。 フィルタの出力は、特定の周波数における第1測定信号及び第2測定信号(本 例では赤色光及び赤外光)の一次信号及び二次信号についての情報を含む。マッ チングするフィルタ(第1フィルタバンク600における1つと第2フィルタバ ンク602における1つ)の各ペアの出力が、飽和度決定モジュール610に提 供される。図23は説明を容易にするために飽和度決定モジュール610を1つ だけ示す。しかしながら、フィルタエレメントの各マッチングペアに対して飽和 度決定モジュールが提供され、並行処理が行われることもできる。各飽和度決定 モジュールは、比率モジュール616及び飽和度式モジュール619を有する。 比率モジュール616は、第2出力対第1出力の比を形成する。例えば本例で は、各赤色光RMS値対各対応する赤外光RMS値(赤色光/赤外光)は比率モ ジュール616において決定される。比率モジュール616の出力は、入力比に 対する対応する飽和度値を参照する飽和度式モジュール618への入力を提供す る。 飽和度式モジュール618の出力は、マッチングフィルタペアの各々に対して (ヒストグラムモジュール620において示されるように)収集される。しかし ながら、収集されたデータは、最初は周波数と飽和度の関数である。図22に示 される曲線に似た飽和度変換曲線を形成するために、図24で示されるようにヒ ストグラム等が生成される。横軸は飽和度値を示し、縦軸は各飽和度値において 収集されたポイントの数の合計(飽和度式モジュール618からの出力)を示す 。換言すれば、10個の異なるフィルタマッチングペアに対する飽和度式モジュ ール618の出力が98%の飽和度値を示す場合には、図24のヒストグラムに おけるポイントは98%の飽和度に10の値を反映する。これにより、図22の 飽和度変換曲線に類似する曲線が生じる。このオペレーションは、ヒストグラム モジュール620において実行される。 ヒストグラムの結果は、図22のパワー曲線に類似するパワー曲線を提供する 。従って動脈飽和度は、最高の飽和度値に対応するピーク(対象とする領域にお ける発生の最大数)(例えば、最高の飽和度値ピークに対応する図面中のピーク c)を選択することによりヒストグラムから計算されることができる。同様に、 静脈若しくはバックグラウンド飽和度は、飽和度計算モジュール408における 処理と同様の方法で、最低の飽和度値に対応するピークを選択することによりヒ ストグラムから決定することができる。 ヒストグラムの別法としては、最高飽和度値に対応する出力飽和度(ヒストグ ラム中のピークである必要はない)を、対応する比を表すraを有する動脈飽和 度として選択することができる。同様に、最低飽和度値に対応する出力飽和度を 、対応する比を表すrvを有する静脈若しくはバックグラウンド飽和度として選 択することができる。例えば本実施形態では、図24のヒストグラム中のエント リaを動脈飽和度として選択し、最低の飽和度値を有するヒストグラム中のエン トリbを静脈若しくはバックグラウンド飽和度として選択する。 以上説明したように、本発明によれば、特定的に脈拍酸素計測に対して、一次 信号部分及び二次信号部分を以下のようにモデル化できる。 Sred=s1+n1 (赤色光) (89) SIR=s2+n2 (赤外光) (90) s1=ra2及びn1=rv2 (91) 式(91)を式(89)に挿入すると以下の式になる。 Sred=ra2+rv2 (赤色光) (92) なお、式(89)〜(92)のモデルではSred及びSIRを使用する。それは、以下の 説明が特定的に血液酸素計測に関するからである。Sred及びSIRは、以前の文 中のS1及びS2に対応し、これから先の説明は任意の測定信号S1及びS2に対し て行われる。 上に説明したように、ra及びrv(これらは飽和度式を介して動脈血液酸素及 び静脈血液酸素に対応する)は、多くの可能な係数を走査する上述の飽和度変換 を用いて決定することができる。赤色光及び赤外光データに基づいてra及びrv を得る別の方法は、skが少なくともいくらか(好ましくは実質的に)nkと相関 しない(ここでk=1又は2)として、skとnkの間の相関(Correlation)を 最小化するra及びrvを探すことである。これらの値は、k=2に対する以下の 統計的計算関数を最小化することにより見出すことができる。 式中、iは時間を示す。 正規化相関等の他の相関関数も使用できることを理解されたい。 ノイズ成分が所望の信号成分に相関しない場合には、この量の最小化により多 くの場合において単一のペアのra及びrvが提供される。この量の最小化は、式 (90)及び(92)よりs2及びn2を求め、ra及びrvの可能な値の相関の最小値を見 出すことにより、達成されることができる。s2及びn2を求めることにより以下 が提供される。 2×2マトリックスにより、以下が提供される。 故に、 又は: 好ましくは、式(93)の相関は、以下のようにユーザにより特定されるウィンドウ 関数を用いて強化される。 ブラックマンウィンドウ(Blackman Window)は、ここでの好適な実施形態で ある。信号とノイズとの間の相関を最小化する多くの付加的な関数があることを 理解されたい。上述の関数は単純な関数の1つである。従って、 複数の離散的なデータポイントにおいて最小化を行うために、赤色光サンプル ポイントの二乗の合計、赤外光サンプルポイントの二乗の合計、赤色光サンプル ポイントと赤外光サンプルポイントの積の合計がまず計算される(ウィンドウ関 数wiを含む)。 これらの値は、相関式(93b)で使用される。故に相関式は、2つの変数ra及び rvを用いる式になる。ra及びrvを得るために、ra及びrvの可能な値の有効 なクロスセクションに対して徹底的な走査が実行される。次いで相関関数の最小 値が選択され、最小値を生じるra及びrvの値がra及びrvとして選択される。 ra及びrvが得られると、比ra及びrvに対応する酸素飽和度を提供する統計 モジュール404の飽和度式502等の飽和度式にra及びrvを提供することに より、動脈酸素飽和度及び静脈酸素飽和度を決定することができる。 ra及びrvを得るためのさらなる実行においても上述と同じ信号モデルセット を使用する。この実行に従ってra及びrvを決定するために、信号s2中のエネ ルギーはs2がn2と相関しないという制約の下で最大化される。ここでも、この 実行は本発明の信号モデルにおけるs及びnの間の相関を最小化することに基づ く。ここで信号sは動脈脈動に関連し、信号nはノイズ(動作アーチファクト及 び他のノイズだけでなく、静脈血液に関する情報も含む)である;raは動脈飽 和に関連する比(赤色光/赤外光)であり、rvは静脈飽和に関連する比(赤色 光/赤外光)である。従って本発明のこの実行においては、ra及びrvは、信号 s2及びn2が相関しない場合に信号s2のエネルギーが最大化されるように決定 される。信号s2のエネルギー(ENERGY(s2))は以下の式により規定される: 式中、R1は赤光信号のエネルギー、R2は赤外光信号のエネルギー、及びR1,2 は赤色光信号と赤外光信号との相関である。 s2とn2の間の相関(Correlation(s2,n2))は以下により定義される。 上に説明したように、制約は、sk及びnk(本実施形態ではk=2)が相関し ないことである。この「相関キャンセル制約」は、下に示すように式(97)の相関 をゼロに設定することにより得られる。 −R1+(ra+rv)R12−rav2=0 (98) 換言すれば、目的は式(98)の制約の下で式(94)を最大化することである。 目的を達成するために、以下のようにコスト関数が規定される(例えば本実施 例のラグランジュ最適化)。 式中、μはラグランジュ乗数である。コスト関数を解くra、rv及びμの値は、 「Luenberger,Linear & Nonlinear Programming」(アディソン−ウェスリー (Addison-Wesley),第2版,1984年)で述べられたような制約付き最適化方法 を用いて見出されることができる。 同一ラインに沿って、赤色光信号Sred及び赤外光信号SIRが静的でない場合 には、上で規定した関数R1、R2、及びR12は時間に依存する。従って、2つの 式を用いると、2つの異なる時間において式(98)で規定された相関キャンセル制 約を示すことにより2つの未知数を得ることができる。相関キャンセル制約は、 2つの異なる時間t1及びt2において以下のように表されることができる。 −R1(t1)+(ra+rv)R12(t1)−rav2(t1)=0 (100) −R1(t2)+(ra+rv)R12(t2)−rav2(t2)=0 (101) 式(100)及び(101)はra及びrvにおいて非線形であるので、変数の変化により 線形技術を使用してこれら2つの式を解くことができる。従って、x=ra+rv ;y=ravを用いて式(100)及び(101)は次のようになる。 R12(t1)x−R2(t1)y=R1(t1) (102) R12(t2)x−R2(t2)y=R1(t2) (103) これらの式(102)及び(103)をx及びyに対して解くことができる。変数式の変 化からra及びrvを求めることにより以下が得られる: 式(104)はrvの2つの値に帰結する。この実施形態では、x2−rvy>0とな るrv値が選択される。rvの両値がx2−rvy>0となれば、t2にお いてs2のエネルギー(Energy(s2))を最大化するrvが選択される。rvは次 いで上記式に与えられ、raが得られる。あるいは、rvの決定と同じ方法でra を直接見出すこともできる。飽和度変換の別法−コンプレックスFFT 患者の血液酸素飽和度、脈拍数及び明瞭なプレチスモグラフ波形はまた、コン プレックス(複素)FFTを用いる本発明の信号モデルを使用しても得られ、こ れについて図25A〜図25Cを参照してさらに説明する。一般に、各々が第1 部分(信号の所望の部分を示す)及び第2部分(信号の不要な部分を示す)を有 する2つの測定信号(2つの測定信号は係数ra及びrvにより相関されることが できる)を用いる式(89)〜(92)の信号モデルを使用することにより、デシメーシ ョンオペレーション402の出力から複数のサンプルポイントにおいて離散的ベ ースの高速飽和度変換を使用することができる。 図25Aは図14に略対応するが、前述した飽和度変換が高速飽和度変換にか わっている。換言すれば、図25Aのオペレーションは、図14のオペレーショ ンに代わることができる。図25Aに示されるように、高速飽和度変換は高速変 換/脈拍数計算モジュール630で示される。図14と同じく、出力は動脈酸素 飽和度、明瞭なプレチスモグラフ波形、及び脈拍数である。図25B及び図25 Cは、高速飽和度変換/脈拍数計算モジュール630に関するさらなる詳細を示 している。図25Bで示されるように、高速飽和度変換モジュール630は、図 17の赤外光ログモジュール480及び赤色光ログモジュール482のようにロ グ正規化を実行する赤外光ログモジュール640及び赤色光ログモジュール64 2を有する。同様に、赤外光DC除去モジュール644及び赤色光DCモジュー ル646が存在する。さらに、赤外光高域通過フィルタモジュール645及び赤 色光高域通過フィルタモジュール647、ウィンドウ関数モジュール648、6 40、コンプレックスFFTモジュール652、654、選択モジュール653 、655、マグニチュードモジュール656、658、しきい値モジュール66 0、662、ポイント毎比率モジュール670、飽和度式モジュール672、及 び選択飽和度モジュール680が存在する。フェーズモジュール690、692 、フェーズ識別モジュール694、及びフェーズしきい値モジュール696も存 在する。選択飽和度モジュール680の出力は、動脈飽和度出力ライン682に おいて動脈飽和度を提供する。 この別法の実施形態では、赤色光信号及び赤外光信号のスナップショットはデ シメーションモジュール402からの562のサンプルである。赤外光DC除去 モジュール644及び赤色光DC除去モジュール646は、図17の赤外光DC 除去モジュール484及び赤色光DC除去モジュール486とわずかに異なって いる。図25Bの赤外光DC除去モジュール644及び赤色光DC除去モジュー ル646では、各チャネルに対する563の全てのサンプルポイントの平均が計 算される。この平均は次いで、各サンプルからベースラインのDCを除去するた めに、それぞれのスナップショットにおいて各個々のサンプルポイントから除去 される。赤外光DC除去モジュール644及び赤色光DC除去モジュール646 は、赤外光高域通過フィルタモジュール645及び赤色光高域通過フィルタモジ ュール647のそれぞれに入力を提供する。 高域通過フィルタモジュール645、647は、係数の51のタップを有する FIRフィルタを含む。好ましくは高域通過フィルタは30というサイドローブ レベルパラメータと0.5Hzのコーナー周波数(即ち、30ビート/分)を有 するチェビシェフ(Chebychev)フィルタを含む。このフィルタの性能を変える こともできることを理解されたい。562のサンプルポイントが高域通過フィル タに入り、51の係数タップがあるので、高域通過フィルタモジュールの出力で は、これらのそれぞれの赤外光スナップショット及び赤色光スナップショットか ら512のサンプルが提供される。高域通過フィルタの出力は、各それぞれのチ ャネルに対するウィンドウ関数モジュール648、650に入力を提供する。 ウィンドウ関数モジュール648、650は、従来のウィンドウ関数を実行す る。本実施形態ではカイザー(Kaiser)ウィンドウ関数を使用する。図25Bを 通して関数はポイント毎分析を維持する。本実施形態では、カイザーウィンドウ 関数の時間帯域幅積は7である。ウィンドウ関数モジュールの出力は、それぞれ のコンプレックス高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform、FFT)モジュ ール652、654に入力を提供する。 コンプレックスFFTモジュール652、654は、データスナップショット における赤外光チャネル及び赤色光チャネルのそれぞれにおいてコンプレックス FFTを実行する。コンプレックスFFTからのデータは次いで、2つの経路に おいて分析され、経路の1つはマグニチュードを調査し、もう1つはコンプレッ クスFFTデータポイントからのフェーズを調査するものである。しかしながら 、さらなる処理の前に、データは赤外光選択モジュール653及び赤色光選択モ ジュール655に提供される。なぜなら、FFTオペレーションの出力は0〜1 /2のサンプリング率と1/2のサンプリング率からの反復情報を提供するから である。選択モジュールは、0〜1/2サンプリング率(本実施形態では例えば 0〜31.25Hz)からサンプルのみを選択し、心拍数の周波数レンジ及び心 拍数の1つ以上の高調波をカバーするようにそれらのサンプルから選択を行う。 本実施形態では、20ビート/分から500ビート/分の周波数レンジに入るサ ンプルが選択される。必要に応じてこの値を変更して心拍数の高調波を得ること もできる。従って選択モジュールの出力は、256のサンプルとなる。本実施形 態では、FFTの出力のサンプルポイント2−68がさらなる処理に用いられる 。 処理の第1経路では、選択モジュール653、655からの出力は、赤外光マ グニチュードモジュール656及び赤色光マグニチュードモジュール658に提 供される。マグニチュードモジュール656、658は、マグニチュード機能を 実行し、ここでコンプレックスFFTポイントのポイント毎のマグニチュードは それぞれのチャネルの各々に対して選択される。マグニチュードモジュール65 6、658の出力は、赤外光しきい値モジュール660及び赤色光しきい値モジ ュール662に入力を提供する。 しきい値モジュール660、662はポイント毎にサンプルポイントを調査し て、特定のしきい値を個々のポイントの大きさが越えるポイントを選択する。こ のしきい値は、スナップショット中の残りの全てのポイントの中で検出される最 大の大きさのパーセンテージでセットされる。本実施形態では、しきい値オペレ ーションのパーセンテージは、最大の大きさの1%として選択される。 しきい値処理の後、データポイントはポイント毎比率モジュール670に送信 される。ポイント毎比率モジュールは赤色光値対赤外光値の比をポイント毎にと る。しかしながら、比率をとるポイントを適格化するためにさらなるテストが行 われる。図25Bに見られるように、選択モジュール653、655からのサン プルポイント出力はまた、赤外光フェーズモジュール690及び赤色光フェーズ モジュール692に提供される。フェズモジュール690、692はFFTポイ ントからフェーズ値を選択する。フェーズモジュール690、692の出力は、 フェーズ識別モジュールに与えられる。 フェーズ識別モジュール694は、フェーズモジュール690、692から対 応するデータポイント同士の間のフェーズの差を計算する。任意の2つの対応す るポイント同士の間のフェーズ差が本実施形態における特定のしきい値(例えば 0.1ラジアン)未満であれば、サンプルポイントは適格である。2つの対応す るサンプルポイントのフェーズが離れすぎている場合には、これらのサンプルポ イントは使用されない。フェーズしきい値モジュール696の出力は、RED/ IR比率モジュール670への可能入力を提供する。従って、サンプルポイント の特定ペアの比をとるために、以下の3つのテストが行われる: 6. 赤色光サンプルは赤色光しきい値660をパスしなければならない 7. 赤外光サンプルは赤外光しきい値662をパスしなければならない 8. 2つのポイント同士の間のフェーズはフェーズしきい値696にお いて決定された所定のしきい値未満でなくてはならない 適格なサンプルポイントに対しては、比率モジュール670で比がとられる。 適格でないポイントに対しては、飽和度式672の出力において飽和度がゼロに セットされる。 得られた比は、統計モジュール504における飽和度式モジュール502、5 20と同じである飽和度式モジュールに提供される。換言すれば、飽和度式モジ ュール672は、ポイント毎の比を受け取り、離散的比率ポイントに対応する対 応飽和値を出力として提供する。飽和度式モジュール672からの飽和度ポイン ト出力は、周波数に対する飽和度としてプロットされることのできる一連の飽和 度ポイントを提供する。周波数基準は、コンプレックスFFTステージにおいて ポイントに入れられる。 本発明による2つの方法のうちの1つにおいて、選択動脈飽和度モジュール6 80で示されるように、動脈(及び静脈)飽和度が選択されることができる。1 つの方法によれば、動脈飽和度値は、1つのパケットに対する飽和度式モジュー ル672からの全てのポイント出力に対する最大の飽和値に対応するポイントと して単純に選択されることができる。あるいは、異なる周波数(ポイント)にお ける飽和値の数を合計して、各特定の飽和値に対する発生数のヒストグラムを形 成するというように、図22のヒストグラムに類似するヒストグラムを生成する こともできる。いずれの方法においても、動脈飽和度が得られて、動脈飽和度出 力ライン682において選択動脈飽和度モジュールへの出力として提供されるこ とができる。静脈飽和度を得るためには、最大の動脈飽和値ではなく、ゼロでな い値を示すポイントの最小動脈飽和値が選択される。飽和度はディスプレイ33 6に提供されることができる。 高速飽和度変換情報を使用して、図25Cで示される明瞭なプレチスモグラフ 波形と脈拍数を提供することもできる。脈拍数及び明瞭なプレチスモグラフ波形 を得るためには、いくつかの付加的な機能が必要である。図25Cで示されるよ うに、脈拍数及び明瞭なプレチスモグラフ波形は、ウィンドウ関数モジュール7 00、スペクトル分析モジュール702、及びウィンドウ関数モジュール704 を用いて決定される。 図25Cで示すように、ウィンドウ関数モジュール700の入力は、コンプレ ックスFFTモジュール652若しくは654の出力から得られる。本実施形態 では、測定信号は1つだけ必要である。ウィンドウ関数モジュール700の別の 入力は、選択動脈飽和度モジュール680の出力から得られる動脈飽和度である 。 ウィンドウ関数モジュールは、動脈飽和度値に非常に近い飽和度値を示した周 波数に実質的に相関する周波数をパスするように選択されるウィンドウ関数を実 行する。本実施形態では、以下のウィンドウ関数が選択される。 式中、SATnはサンプルポイントに対する各特定周波数に対応する飽和度値に 等しく、SATartは選択動脈飽和度モジュール680の出力における選択され た動脈飽和度を示す。このウィンドウ関数は、赤色光信号若しくは赤外光信号の いずれかのコンプレックスFFTを表すウィンドウ関数入力に適用される。ウィ ンドウ関数モジュール700の出力は、FFTにより決定された周波数スペクト ルで表される赤色光信号若しくは赤外光信号であり、この信号からは動作アーチ ファクトがウィンドウ関数により除去されている。多くの可能なウィンドウ関数 を提供できることを理解されたい。さらに、上述のウィンドウ関数を用いた場合 に、より高いパワーを用いることによりノイズがより多く抑制されることを理解 されたい。 脈拍数を得るために、ウィンドウ関数モジュール700からの出力ポイントは スペクトル分析モジュール702に提供される。スペクトル分析モジュール70 2は、図20のスペクトル分析モジュール590と同じである。換言すれば、ス ペクトル分析モジュール702は、ウィンドウ関数700の出力ポイントにより 示される周波数スペクトルにおける第1の高調波を決定することにより、脈拍数 を決定する。スペクトル分析モジュール702の出力は脈拍数である。 明瞭なプレチスモグラフ波形を得るためにウィンドウ関数700の出力が反転 ウィンドウ関数モジュール704に与えられる。反転ウィンドウ関数モジュール 704は、図25Bのウィンドウ関数モジュール648若しくは650のカイザ ーウィンドウ関数の反転を実行する。換言すれば、反転ウィンドウ関数704は 、画定されたポイントに対するカイザー関数のポイント毎の反転を実行する。 従って、コンプレックスFFT及びウィンドウ関数を用いることにより、プレ チスモグラフ波形からノイズを抑制して動脈飽和度、脈拍数及び明瞭なプレチス モグラフ波形を得ることができる。上の記載は主に周波数ドメインにおけるオペ レーションに関するものであるが、時間ドメインにおいても同様の結果を得るオ ペレーションを実行できることを理解されたい。一般化された式への関連 上の脈拍酸素計測に関して述べた測定を、より一般的な事項に関連させる。各 波長λa及びλbで指310を透過させた信号(ログ変換)は以下のように示さ れる: 上記変数は次のように図6cに関連させることにより最もよく理解できる:図 6cのA3及びA4を含む層が試験媒体中の静脈血液を示し、A3が脱酸素化され たヘモグロビン(Hb)を示し、A4が静脈血液中の酸素化されたヘモグロビン (HB02)を示すと仮定する。同様に、図6のA5及びA6を含む層が試験媒体 中の動脈血液を示し、A5が脱酸素化されたヘモグロビン(Hb)を示し、A6が 動脈血液中の酸素化されたヘモグロビン(HB02)を示すと仮定する。従って 、cvHb02は静脈中の酸素化ヘモグロビンの濃度を示し、cvHbが静脈血液 中の脱酸素化ヘモグロビンの濃度を示し、xvが静脈血液の厚さ(例え ばA3及びA4を含む層の厚さ)を示す。同様に、cAHb02は動脈血液中の酸 素化ヘモグロビンの濃度を示し、cAHbは動脈血液中の脱酸素化ヘモグロビン の濃度を示し、xAは動脈血液の厚さ(例えばA5及びA6を含む層の厚さ)を示 す。 選択される波長は、可視赤色光レンジ中の1つ、即ちλaと、赤外光レンジ中 の1つ、即ちλbとであるのが典型的である。選択される典型的な波長値はλa =660nm及びλb=910nmである。一定飽和度方法によれば、cA Hb02(t )/cA Hb(t)=constant1(定数1)でありcv Hb02(t)/cvHb( t)=constant2(定数2)と仮定される。動脈血液及び静脈血液の酸 素飽和度はサンプルレートに対してゆっくりと変化し、この仮定が成り立つ。式 (105)及び(106)の比例係数は以下のように記載することができる: 脈拍酸素計測では、式(108)及び(109)の両式が同時に満たされ得る。 ra(t)を式(106)に乗算し、次いで式(105)から式(106)を減算すると、ゼロ でない二次基準信号n'(t)が以下のように決定される: v(t)を式(106)に乗算し、次いで式(105)から式(106)を減算すると、ゼロ でない一次基準信号s'(t)が以下のように決定される: s'(t)=Sλa(t)−rv(t)Sλb(t) (110b) =sλa(t)−rv(t)sλb(t) (111b) 一定飽和度仮定では、一次信号部分sλa(t)及びsλb(t)と共に吸収に 対する静脈の寄与はキャンセルされない。故に、患者が安静にしている時の静脈 吸収による低周波数変調吸収と、患者が動いている時の静脈吸収による変調吸収 の両方に関連する周波数が二次基準信号n'(t)で示される。故に、相関キャン セラ若しくは上述の他の方法により、動作の下で指の静脈血液による随伴的に変 調された吸収と、静脈血液の一定の低周波数周期的吸収の両吸収が除去若しくは 導出される。 明瞭な波形を得るための図11の酸素計測のオペレーションを示すために、図 26及び図27は、一定飽和度方法を使用する本発明の基準プロセッサへの入力 のために測定される信号、即ちSλa(t)=Sλred(t)及びSλb(t)= SλIR(t)を示す。各信号の第1セグメント26a及び27aは、動作アーチ ファクトによる乱れが比較的ない;即ち、患者はこれらのセグメントの測定時間 中には実質的に動作しなかった。故にこれらのセグメント26a及び27aは大 体において、各測定波長における一次プレチスモグラフ波形を示している。各信 号の第2セグメント26b及び27bは動作アーチファクトにより影響を及ぼさ れている;即ち、患者はこれらのセグメントが測定された時間中に動作した。こ れらセグメント26b及び27bは、動作により生じた測定信号における大きな 変位を示している。各信号の第3セグメント26c及び27cは、動作アーチフ ァクトにより比較的影響を受けていないので、大体において各測定波長に おける一次プレチスモグラフ波形を示している。 図28は、本発明の基準プロセッサにより測定された二次基準信号n'(t)= nλa(t)−raλb(t)を示している。ここでも、二次基準信号n'(t)は 二次信号部分nλa(t)及びnλb(t)に相関している。故に、二次基準信号 n'(t)の第1セグメント28aは略フラットであり、これは各信号の第1セグ メント26a及び27aにおいて動作によりノイズがほとんど生じていないとい う事に対応している。二次基準信号n'(t)の第2セグメント28bは大きな変 位を示しており、これは各測定信号において動作により大きな変位が生じたこと に対応している。ノイズ基準信号n'(t)の第3セグメント28cは略フラット であり、これもまた、各測定信号の第3セグメント26c及び27cにおいて動 作アーチファクトがないことに対応している。基準プロセッサは、一次基準信号 s'(t)=sλa(t)−rvλb(t)を得るためにも使用できることを理解さ れたい。一次基準信号s'(t)は概してプレチスモグラフ波形を示す。 図29及び図30は、二次基準信号n'(t)を用いて相関キャンセラによる推 定された一次信号sλa(t)及びsλb(t)に対する近似s”λa(t)及び s”λb(t)を示している。なお、図26〜図30の拡縮は、各図が各信号の 変化をよりよく示すために同じではない。図29及び図30は、基準プロセッサ により測定された二次基準信号n'(t)を用いての相関キャンセラの効果を示し ている。セグメント29b及び30bは、測定信号のセグメント26b及び27 bのように動作により生じたノイズの影響を受けていない。さらに、セグメント 29a、30a、29c及び30cは、動作によるノイズの生じていない測定信 号セグメント26a、27a、26c及び27cから略変化されなかった。 一次基準信号s'(t)を用いて相関キャンセラにより推定された二次信号nλa (t)及びnλb(t)に対する近似n”λa(t)及びn”λb(t)も本発明 により決定できることを理解されたい。脈拍酸素計測における測定信号の一次信号部分及び二次信号部分の推定方法 上述の相関キャンセラの種々の実施形態をソフトウェア中で実行することは、 上記式及び上記記述をふまえれば比較的簡単である。しかしながら、一定飽和度 方法と、式(54)〜(64)を用いて結合プロセス推定を実行する結合プロセス推定手 段572とを用いて一次基準s'(t)を計算するCプログラミング言語で書かれ たコンピュータプログラムサブルーチンのコピーを付録Bに記載した。この結合 プロセス推定手段は、各々が一次基準信号s'(t)に相関する一次部分と二次基 準信号n'(t)に相関する二次部分とを有する2つの測定信号の一次信号部分に 対する有効な近似を推定する。このサブルーチンは、特定的には脈拍酸素計測に 適用されるモニタに対する図9のフローチャートに示されるステップを実行する 別の方法である。2つの信号は、2つの異なる波長λa及びλbで測定され、λ aは典型的に可視光領域にあり、λbは赤外光領域にあるのが典型的である。例 えば、一定飽和度方法を用いる脈拍酸素計測を行うように特定的に書かれた本発 明の実施形態では、λa=660nm、λb=940nmである。 結合プロセス推定手段の記載における式(54)〜(64)で規定された変数に対する プログラム変数の対応は以下の通りである: Δm(t)=nc[m].Delta Γf,m(t)=nc[m].fref Γb,m(t)=nc[m].bref fm(t)=nc[m].ferr bm(t)=nc[m].berr Fm(t)=nc[m].Fswsqr Bm(t)=nc[m].Bswsqr γm(t)=nc[m].Gamma ρm, λa(t)=nc[m].Roh a ρm, λb(t)=nc[m].Roh b em, λa(t)=nc[m].err a em, λb(t)=nc[m].err b κm, λa(t)=nc[m].K a κm, λb(t)=nc[m].K b プログラムの第1部分は、動作ブロック120の「相関キャンセラの初期化」 で示されるようにレジスタ90、92、96及び98と中間変数値の初期化を実 行する。プログラムの第2部分は、動作ブロック130の「レフト[Z-1]エレ メントの時間の更新」で示されるように、各遅延エレメント変数110の入力に おける値が遅延エレメント変数110に格納されるように遅延エレメント変数1 10の時間の更新を実行する。飽和度の計算は、別のモジュールで実行される。 酸素飽和度の計算の種々の方法は当業者には公知である。かかる計算は、前掲の G.A.ムック(Mook)他とマイケル R.ニューマン(Michael R.Neuman) の文献に述べられている。酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンの濃度 が決定されると、飽和度値は式(72)〜(79)と同様に決定され、時間t1及びt2に おける測定は、時間的には異なっているが飽和度が比較的一定である近い時間で 行われる。脈拍酸素計測に対しては、時間t=(t1+t2)/2における平均飽 和度は以下により決定される: サブルーチンの第3部分では、動作ブロック140の「2つの測定信号サンプ ルに対する一次基準若しくは二次基準(s'(t)若しくはn'(t))を計算する」 で示されるように、式(3)のような一定飽和度方法により決定される比例定数ra (t)及びrv(t)を用いて信号Sλa(t)及びSλb(t)に対する一次基 準若しくは二次基準が計算される。飽和度は、別のサブルーチンで計算され、ra (t)若しくはrv(t)の値は、複合測定信号Sλa(t)及びSλb(t)の 一次部分sλa(t)及びsλb(t)若しくは二次部分nλa(t)及びnλb( t)を推定するためにこのサブルーチンに入れられる。 動作ブロック150の「ゼロステージ更新」で示されるようにプログラムの第 4部分は、Zステージの更新を実行し、Zステージの後方予測誤差b0(t)は 計算されたばかりの基準信号n'(t)若しくはs'(t)の値に等しくセットされる 。さらに、中間変数F0及びB0(t)(プログラム中のnc[m].Fswsq r及びnc[m].Bswsqr)が計算され、回帰フィルタ80a及び80b における最小自乗格子型予測手段70中のレジスタ90、92、96及び98の 値の設定に使用される。 プログラムの第5の部分は反復ループであり、ループカウンタMは、図9の動 作ブロック160の「m=0」動作で示されるように、m=NC CELLSの 最大値を有するようにゼロにリセットされる。NC CELLSは、ループの反 復の所定の最大値である。例えば、NC CELLSの典型的な値は、6〜10 である。ループの状態は、ループが最低5回反復するようにセットされ、変換テ ストが満足されるまで若しくはm=NC CELLSとなるまで反復し続ける。 変換テストは、4つの予測誤差の重み付け合計プラス後方予測誤差の重み付け合 計が小さい数、典型的には0.00001未満である(即ちFm(t)+Bm(t )≦0.00001)であるかどうかである。 プログラムの第6の部分は、動作ブロック170の「LSL予測手段のm番目 のステージの次数更新」に示されるように、前方及び後方反射係数Γm,f(t) 及びΓm,b(t)レジスタ90及び92値(プログラム中のnc[m].fre f及びnc[m],bref)を計算する。前方及び後方予測誤差fm(t )及びbm(t)(プログラム中のnc[m].ferr及びnc[m].be rr)が計算される。さらに、中間変数Fm(t)、Bm(t)及びγ(t)(プ ログラム中のnc[m].Fswsqr、nc[m].Bswsqr、nc[m ].gamma)が計算される。ループの第1サイクルは、プログラムのゼロス テージ更新部分で計算されたnc[0].Fswsqr及びnc[0].Bsw sqrを使用する。 プログラムの第5部分で開始されたループ内のプログラムの第7部分は、動作 ブロック180の「回帰フィルタ(単数若しくは複数)のm番目のステージの次 数の更新」に示されるように、両方の回帰フィルタ中の回帰係数レジスタ96及 び98値κm, λa(t)及びκm, λb(t)(プログラム中のnc[m].K a 及びnc[m].K b)を計算する。中間誤差信号em, λa(t)及びem, λb (t)と変数ρm, λa(t)及びρm, λb(t)(サブルーチン中のnc[m]. err a及びnc[m].err b、nc[m].roh a及びnc[m ].roh b)も計算される。 ループは収束のテストをパスするまで反復される。結合プロセス推定手段の収 束テストは、動作ブロック190の「実行」までループが反復する度毎に同様に 実行される。前方予測誤差及び後方予測誤差の重み付け合計Fm(t)+Bm(t )が0.00001以下であれば、ループは終了する。そうでない場合には、プ ログラムの第6及び第7の部分が繰り返される。 このサブルーチンの出力は、プログラムに入力されるサンプルセットSλa( t)及びSλb(t)の一次信号部分に対する有効な近似s”λa(t)及びs”λb (t)又は二次信号に対する有効な近似n”λa(t)及びn”λb(t)で ある。測定信号サンプルの多くのセットの一次信号部分若しくは二次信号部分に 対する近似が結合プロセス推定手段により推定された後、出力のコンパイルは、 各波長λa及びλbにおけるプレチスモグラフ波若しくは動作アーチファクトに 対する有効な近似である波を提供する。 付録Bのサブルーチンは、式(54)〜(64)を実行する1つの実施形態にすぎない ことを理解されたい。正規化QRD−LSL式の実行も簡単であるが、正規化式 のサブルーチンを付録Cとして添付し、QRD−LSLアルゴリズムのサブルー チンを付録Dとして添付する。 適応ノイズキャンセラ等の相関キャンセラで使用される基準信号を決定し、生 理学的測定から一次成分及び二次成分を除去若しくは導出する本発明のプロセッ サを備える生理学的モニタの1つの実施形態を脈拍酸素計測の形態で述べてきた が、他のタイプの生理学的モニタにも上述の技術を使用できることが当業者には 明らかであろう。 さらに、本発明で述べた信号処理技術を用いて、連続した時間若しくは略連続 した時間で生理学的システムの動脈血液酸素飽和度及び静脈血液酸素飽和度を計 算することもできる。これらの計算は、生理学的システムが故意の動作影響を受 けるか否かにかかわらず、実行され得る。 さらに、基準信号を決定するために一次信号部分若しくは二次信号部分を除去 又は導出することを可能にするログ変換以外の測定信号の変換及び比例ファクタ の決定も可能であることが理解されるであろう。さらに、比例ファクタrは第1 信号の一部対第2信号の一部の比として本文中で述べられたが、第2信号の一部 対第1信号の一部の比として決定された同様の比例定数も本発明のプロセッサで 使用され得るであろう。後者の場合、二次基準信号は、概してn'(t)=nλb( t)−rnλa(t)に類似するであろう。 さらに、結合プロセス推定以外の相関キャンセル技術を本発明の基準信号と共 に使用できることが理解される。これらは、とりわけ、最小自乗アルゴリズム、 ウェーブレット(wavelet)変換、スペクトル推定技術、ニューラルネットワーク 、ウェイナー及びカルマン(Weiner and Kalman)フィルタを含むが、これらに 限定されない。 当業者は、多くの異なるタイプの生理学的モニタに本発明の技術を使用できる ことを理解するであろう。他のタイプの生理学的モニタは、心電図、血圧モニタ 、血液成分モニタ(酸素飽和度以外)、カプノグラム、心拍数モニタ、呼吸モニ タ、若しくは麻酔深さモニタ等を含むが、これらに限定されない。さらに、ブレ サライザー、薬物モニタ、コレステロールモニタ、グルコースモニタ、二酸化炭 素モニタ、若しくは一酸化炭素モニタ等の人体内の物質の圧力及び量を測定する モニタに上述の技術を使用することもできる。 さらに、一次成分及び二次成分の両成分を含む複合信号から一次信号若しくは 二次信号を除去又は導出する上述の技術はまた、非常に密に相互相関する、人体 の部位から導かれる心電図(ECG)の信号にも実行できることを、当業者は理 解するであろう。図31で示されるような3極ラプラシアン電極センサ(これは 、「IEEE Transactions on Biomedical Engineering」という文献の39巻第1 1号(1992年11月)に含まれるビン ヒー(Bin He)とリチャード ジェイ.コ ーヘン(Richard J.Cohen)による「Body Surface Laplacian ECG Mapping」と いう論説において述べられた2極ラプラシアン電極の変形である)をECGセン サとして使用できることを理解されたい。本発明の要求を満たすように用いられ 得る無数の可能なECGセンサの形態が存在することも理解されるべきである。 同タイプのセンサはEEG及びEMG測定にも使用できる。 さらに当業者は、透過エネルギーではなく、反射エネルギーから構成される信 号にも上述の技術を実行できることを理解するであろう。音響エネルギー、X線 エネルギー、γ光線エネルギー、若しくは光エネルギーを含む(しかしこれらに 限定されない)任意のタイプのエネルギーの測定信号の一次部分若しくは二次部 分を上述の技術により推定できることも理解されるであろう。故に当業者は、信 号が人体の一部を透過され、人体のこの部分を戻るように人体内から反射される 超音波を用いるモニタ等のモニタにも本発明の技術を適用できることを理解する であろう。さらにエコーカルジオグラフィ等のモニタは、透過及び反射に依存す るところが大きいので、本発明の技術を使用することができる。 生理学的モニタにより本発明を述べてきたが、本発明の信号処理技術は、生理 学的信号の処理を含む(しかしこれに限定されない)多くの領域で使用されるこ とができる。本発明は、検出器を含む信号プロセッサが、第1の一次信号部分及 び第1の二次信号部分を含む第1信号部分と第2の一次信号部分及び第2の二次 信号部分を含む第2信号部分とを含む第1信号を受信する任意の状況において本 発明を提供することができる。故に本発明の信号プロセッサは、多数の信号処理 領域に容易に適用可能である。 付録 A 効率的な多位相回帰全通過フィルタを使用したデジタル信号処理 フレッド ハリス*、マキシミリエン ドゥ’オレエ ドゥ ラントレマンジ ェ、及びエイ・ジー.コンスタンチニデス** * アメリカ合衆国 92182−0190 カリフォルニア州 サンディエゴ サンディエゴ州立大学 電気コンピューター工学技術部** イギリス国 ロンドン ディー ダブリュ 7−2 ビー ティー イクシビ ッション ロード 化学技術医科帝国大学 電気工学部 信号処理課 要約:デジタルフィルタは、多位相回帰全通過回路網として著しく小さな計算 負荷で実現されることができる。これらのネットワークはM並列全通過サブフィ ルタの合計として、位相偏移を通過帯域の中に建設的に加えさせ且つ停止帯域に 破壊的に加えさせるように選択させて、形成される。我々がここで提供する設計 技術は、新しい最適化アルゴリズム(後に詳細に述べられる)によって得られる プロトタイプのM−通過回帰全通過フィルタである。これらのフィルタは、全通 過座標変換、再サンプリング、及びカスケード選択の組み合わせで操作される。 我々は、ここで提供する技術によって得られるサンプリングシステムの例に沿っ て、この新しいアルゴリズムを使用した幾つかの設計について表す。 International Conference on Signal P rocessingでの報告 1991年9月4月〜6月、イタリア、フィレンツェ 1.イントロダクション 標準の有限インパルス応答(FIR)フィルタが図32に示されたようにタッ プ付き遅延線の内容の重み付け合計としてモデルにされることができる。この合 計は(1)に表され、このフィルタの伝達関数は(2)に表される。 我々は該フィルタ出力の周波数選択特性が、タップ付き遅延線の連続したサン プル間の位相偏移によるものであることに気がついた。この位相合計は、図33 に二つの異なる周波数で表されている。 フィルタの周波数依存ゲインに関係があるのは位相偏移であって重み付け項で はないことに注意頂きたい。この重み付け項は、主にフィルタの通過帯域幅及び 停止帯域減衰を制御するために使用される。空間的ビーム化(ビームスポイルと して公知である)(1)及び信号合成(peak-to-rms 制御)(2)から得られる アイデアは、同じ目的を果たすために構成された位相偏移を(任意の振幅で)使 用することである。 我々がここで記載するフィルタのクラスは、FIRフィルタの重みを周波数依 存位相変位で単位ゲインを示す全通過サブフィルタに置き換える。多位相構造を 予期して、全通過サブフィルタ(図34(3)に図示)は、Znの一次多項式で あり、Mは該構造のタップの数である。この複合形式は、41bの多位相構造を 反映した修飾された形式で図41aに表されている。この構造の伝達関数は(4 )に表されている。 図44a及び44bは、各通過につきそれぞれ2つ及び3つの全通過ステージ を有する2通過及び5−通過フィルタのためのこの新しいアルゴリズムから得ら れた等しいリップル設計の例を表す。最適な設計への相互抑制(前述の論文誌に 述べた)は、5−通過フィルタの各通過当りのステージの可能数を、最適5−通 過フィルタが該設計に割り当てられたものより3つ少ないステージを使用するよ うに、シーケンス(1、1、1、1、0)、(2、2、2、1、2)、(3、3 、2、2、2)、等に制限する。同様に、2通過フィルタはシーケンス(1、1 )、(2、1)、(2、2)、(2、3)、(3、3)、等に制限される。 2.2通過フィルタ 我々は、たとえ我々の論点を2通過フィルタに絞ったとしても、この構造には 多くの興味深い特性と明確な用途があることを発見した。設計されたように、2 通過フィルタは、0.25fで3dB帯域幅の半帯域幅フィルタである。このゼ ロ点が半分のサンプリング周波数に制限されれば、該フィルタは標準アープされ た双一次変換によって得られた半帯域幅バターワースと同じである。この特別ケ ースの場合、根の位置の実数部はゼロになる。もしこのゼロ点が等価リップル停 止帯域の動作のために最適化されたら、該フィルタは制約された楕円形フィルタ になる。この制約は、相補全通過フィルタの特性に関係がある。我々は、2通過 フィルタのための全通過セクションをH0(0)及びH1(0)に決め(図35に 図示)、合計の半分及びこれらの通過の差A(0)及びB(0)をそれぞれ低域 通過及び高域通過フィルタに決める。我々は、全通過セクションが(5)を満た し、この(5)から我々は(6)に示される低域通過フィルタと高域通過フィル タとの間のパワーの関係を導き出す。 ここでこの関係がどのように2通過フィルタに影響を与えるかを解釈する。補 足的フィルタのために我々は最小通過帯域ゲインを1−ε1で定義し、最高停止 帯域ゲインをε2で定義する。(6)をこれらのゲインで置き換えると、(7) が得られる。 ε1が小さい場合、(ε12は無視することができるので、(8)の式が導か れる。 従って、停止帯域の減衰が0.001(60.dB)に選択されるなら、通過 帯域リップルは0.0000005(126.0dB)であるか又は通過帯域の 最小ゲインは0.9999995(−0.00000022dB)である。理解 できるように、これらのフィルタは著しく平らな通過帯域である。2通過等価リ ップル停止帯域フィルタは、0.25fで−3.0dBを有する通過帯域及び停 止帯域フィルタが一組になった楕円形フィルタである。2通過と等価楕円形フィ ルタの標準的実行との間には二つの大きな違いがある。一つは乗算では4対1の セービングであり、8つの係数(スケーリングを含む)を要する直接的実行に対 し、5次半帯域幅2通過フィルタは2つの係数のみを要した。二つ目は、全通過 構造が単位ゲインを内部状態に示し、従って標準的実行のように内部状態を保存 するために精度の拡張されたレジスタを必要としない。 あらゆるフィルタ設計と同様、推移帯域幅は固定された次数で帯域減衰の外に 交換されることができる、又は推移帯域幅はフィルタ次数を増加させることによ って固定された減衰のために急勾配にされることができる。2通過構造によって 実施されることができる楕円形フィルタ及びバターワースフィルタのためのモノ グラフがあるが、等価リップルフィルタの簡単なおよその関係は(9)に表され ており、この場合、A(dB)はdBで表した減衰であり、Δfが推移帯域幅だ とすると、Nはフィルタにおける全通過セグメントの総数である。 2A.ヒルベルト変換フィルタ ヒルベルト変換は、半帯域フィルタの特定のタイプであると考えられる。これ は広帯域90’位相変位回路網をモデルにし、実行することができる。HTは( 10)に表されたような解析信号a(n)を形成するためにDSPアプリケーシ ョンにしばしば使用され、この信号は正(又は負)の周波数帯域に制限されるス ペクトラムを有する信号である。 2−通過フィルタをHTとして幾つかの方法で形成することができるが、半帯 域FIRフィルタ(4)で行われる変換に類似した簡単な方法は、4分の1のサ ンプル周波数への半帯域フィルタのヘテロダインである。オリジナルフィルタの 応答及び変換がh(n)及びH(Z)でそれぞれ示されるなら、ヘテロダイン表 現は(11)のそれで簡単に分かる。 半帯域フィルタのHTフィルタへの変換は、伝達関数の各Z1を-jZ-1に置き 換えることによってなされる。全通過サブフィルタの多項式が2次式なので、こ の変換は、各全通過サブフィルタで使用される係数の符号を変えることによって 、及び-jを低域通過遅延と関連させることによって、達成されることができる。 これらの操作は図36に示されている。 2B.補間及びデシメーションフィルタ 2対1の再サンプリング(アップ又はダウン、一般に補間及びデシメーション として識別される)をするためにいかなる半帯域幅のフィルタが使用されてもよ い。有限インパルス応答(FIR)フィルタは、挿入されたゼロ入力ポイント( アップサンプリング)を処理しない多位相分配で操作されることができる、又は 棄てられた出力ポイント(ダウンサンプリング)を計算することができる。この オプションは、一般の回帰フィルタには使用できないが、回帰全通過M−通過フ ィルタのためのオプションである。M−通過フィルタは、M次サブフィルタの内 部遅延及び各通過の遅延線の相互作用のために、多位相セグメントに区切られる 。この関係は、特に2−通過フィルタに特に簡単に見られる。インデックスn0 に加えられたインパルスは高域側通過を介して同時に出力に貢献する一方、該低 域側通過からはその超過遅延Z1によって次のインデックスまで出力が得られな い。その同じ次のインデックスの間、高域側通過は、そのZ2多項式に関連する Z1通過がないので、出力に貢献しない。従って、該フィルタは該フィルタの交 互の通過からのインパルス応答の連続的なサンプルを与える。 ダウンサンプリングは、減少された入力レートで動作する該フィルタの各通過 に交互の入力サンプルを与えることによって達成される。第二通過の遅延が入力 コミュテーションによって達成されるので、その通過の物理的な遅延は除去され る。フィルターされダウンサンプルされた出力は、該二つの通過の応答の合計又 は差異によって生成される。入力サンプルポイント当りの計算レートは、再サン プルされなかったフィルターのものの半分であり、従って図44aの2−通過フ ィルタがダウンサンプリングに使用されるなら、入力ポイント当り3回乗算を実 行する。 アップサンプリングはダウンサンプリングプロセスを逆にすることによってな される。これは該2通過への同じ入力の伝送、及びそれらの出力間の変換を伴う 。再サンプリングの両形態は、図37に図示されている。前の例においてと同様 、図44aの2−通過フィルタがアップサンプリングに使用される場合、出力ポ イント当り3回乗算を実行する。 補足的出力のダウンサンプリング及びアップサンプリングのカスケード操作は 、2帯域マキシマリデシメーテッドクオトルチャミラーフィルタリング及び再構 成(5)を実行する。 アップサンプリングフィルタ又はダウンサンプリングフィルタの複数ステージ のカスケード化は、データポイント当り著しく少ないワークをロードして高次サ ンプルレート変換を達成することができる。例えば、0.4fのカットオフ周波 数を有する信号に対して96dBダイナミックレンジを有する1対16のアップ サンプラーは、次数 (3、3)、(2、2)、(2、1)及び(1、1)の全 通過ステージの連続的に少ない数を有する2−通過フィルタを要する。これは出 力ポイント当り約2.7回の演算の平均ワークロードでは、16の出力のために 全部で42回乗算を必要とする。 2C.反復多位相全通過フィルタ 最初の方で述べた全通過回路網は、Znの多項式によって、及び特に2−通過 フィルタにはZ2によって形成される。オリジナルフィルタのK倍のスペクトル 反復を示す高次フィルタを得るために有効な変換は、各Z2をZ2kに置き換える ことである。K=2の場合、DCに集中した半帯域フィルタは、DC及びf,/ 2に集中した一対の1/4帯域フィルタになる。反復フィルタのスペクトル反復 の例は、図38に示されている。 この変換が1/Kによってプロトタイプのフィルタのスペクトルを換算し、通 過帯域幅及び推移幅の両方を減少させることに注意願いたい。従って、非常に急 な推移帯域幅及び狭いフィルタは、遅延要素を介して得られる2K次の低次多項 式の使用により実現される。反復スペクトル領域におけるエネルギーは、様々な 次数の再サンプリングを取り入れたフィルタ及び減少された次数の反復フィルタ のシーケンスによって、除去されることができる。 3.有効全通過フィルタバンク 有効スペクトル分配は、反復低域通過フィルタ及びHTフィルタの出力をカス ケード化及び再サンプリングすることによって得られる。例えば、4つのクワド ラントに集中した4チャネルフィルタバンクのスペクトルは、相補半帯域フィル タによって形成されることができ、これに図39の左側に表されたような再サン プリングされた一対のHTフィルタが続く。この70dB減衰フィルタセットの ためのワークロードは、出力チャネル当り3回の乗算である。 以前のセットをストラッドルする4−チャネルフィルタバンク(即ち4つの主 軸方向に集中した)は、2つの相補半帯域フィルタによって、次に相補半帯域再 サンプルフィルタ及び再サンプルHTフィルタによって反復されて、形成される ことができる。このフィルタセットのこのスペクトルは、図39の右側に表され る。この70dB減衰フィルタセットのためのワークロードは、出力チャネル当 り2回の乗算である。 4.他の全通過変換 プロトタイプの相補全通過フィルタセットはまた、標準の全通過変換(6)に よって任意帯域幅及び任意の中心周波数のフィルタに変換されることもできる。 半帯域フィルタのための低域通過変換は(12)に示される。 この変換は、−3dBポイントが周波数θ0に位置するようにフィルタの周波 数変数をワープさせる。θ0がπ/2ではないとき、全通過サブフィルタの二次 多項式は、z-1項の係数を獲得する。該合成フィルタは極ゼロペアにつき2回の 乗算を要し、それでもこれは従来の基準形態のワークロードのまだ半分である。 更に、原点の極は、(第二通過の遅延のために)一次全通過フィルタに変換し、 非アクティブ極をアクティブ極に変換してさらに一次ステージを要する。図40 は図44aに示されたフィルタの周波数のワープしたバージョンを示す。このフ ィルタ及びその補体は両方とも、該ワープした構造から得ることができる。 帯域通過変換は、(13)に表される。 この変換は中心周波数が周波数θ1に位置するように該フィルタの周波数変数を ワープさせる。θ1が0.0に等しいなら、この変換は2.C.に述べられた反 復変換と等しい。他のどの周波数でも、この変換は二次全通過フィルタを四次全 通過構造に変換させる。これは、該合成フィルタの4つの極ゼロペアを形成する ために4回乗算を要し、これはなお従来の標準形態のワークロードの半分である 。更に、該変換は実数極(本来原点での極のイメージである)を2次全通過ステ ージを要する一対の複素数極に変換する。図45は図45に表されたフィルタの 周波数をワープさせたバージョンを提供する。先のと同様、このフィルタ及びそ の補体の両方を該ワープ構造から得ることが可能である。 他の変換及び幾何学(7)は、デジタル全通過構造と共に使用されることがで き、読者は豊富なオプションのために列挙された本論文の参考文献に向けられる 。 (3)の根、anのM番目の根、及びその逆数は、示されたM次では図42に 表されるように原点の周りに等間隔で配置されている。全通過ステージにおいて 乗算当りM個の極及びM個のゼロを実現することに注意されたい。これは例えば 標準(因数分解された又は因数分解されない)標準形態が乗算当り1つの極(又 はゼロ)に対し、2−通過フィルタは乗算当り2つの極及び2つのゼロを提供す ることを意味する。 単位サークルの周りを囲むと、全通過サブフィルタが各極ゼロペアの近くの位 相において急速な変化を示していることがはっきりする。極の位置を適切に選択 することによって、M通過フィルタの各レッグの位相変位は、選択されたスペク トル間隔以上に2π/Mの乗算によってマッチさせられる又は変化されることが できる。これはM=2及びM=4で図43A−図43Dで示されている。全通過 サブフィルタの係数は、標準アルゴリズム(3)又はハリス及びドルイエによっ て開発された新しいアルゴリズムによって決定されることができ、最近出版され た論文誌(SignalProcessing誌)に報告されている。 5.結論 全通過多相フィルタ構造の形成及び使用性を検証した。次に我々はM−通過全 通過フィルタセットに簡単に適用できる幾つかの全通過変換を提供した。2−通 過回路網について強調されたが、本論文は任意のMに簡単に拡張することができ る。M通過フィルタを設計するための新しいアルゴリズムのセットについて言及 したが、これは近い将来SignalProcessing誌に報告されるであ ろう。我々は本論文に表された例を生成するために使用するためのこのアルゴリ ズムの可能性を呈示してきた。 これらの構造の主な利点は、所与のフィルタータスクのための非常に低いワー クロードである。他の紙(8、9、10)は、これらのフィルタによって呈示さ れた有限演算への低感度について論じた。これらのフィルタの使用に対する主な 障害は、これらの新しさ及びフィルタ重み計算のための利用可能な設計方法の欠 如である。(該書籍において拝聴された優秀な調査に沿った)本論文は第一の問 題を扱い、次の論文は第二の問題を扱う。 6.Acknowledgment この研究は、サンディエゴ州立大学(SDSU)及びカリフォルニア大学サ ンディエゴ校(UCSD)の総合回路システム(ICAS)についての、産業/ 大学共同リサーチセンター(I/UCRC)が一部スポンサーとなった。 付録 B 付録 C 付録 D DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION                           Title of invention: Signal processing device                                 Background of the Invention Field of the invention   The invention relates to the field of signal processing. More specifically, the present invention provides a primary signal part and The processing of the measurement signal, including the second and When little is known about either the primary or secondary signal part Processing the measurement signal to remove or derive any of the minutes. Further More specifically, the present invention minimizes the correlation between the primary and secondary signal portions. Measured by a new method that simplifies the generation of primary and / or secondary signals Related to modeling signals. The present invention relates to physiological models including blood oxygen saturation systems. It is particularly useful for nitering systems.Description of related technology   Typically, the signal processor includes a composite measurement signal including a primary signal portion and a secondary signal portion. Used to remove or derive either the primary signal part or the secondary signal part from the signal Is done. For example, a composite signal may include noise and required parts. Secondary signal part is one If it occupies a different frequency spectrum than the next signal part, a low-pass filter, Uses traditional filtering techniques such as bandpass and high-pass filters To remove or derive either the primary or secondary signal portion from the overall signal can do. The primary signal part and / or the secondary signal part is present at a fixed frequency In some cases, fixed single or multi notch filters can also be used.   There should be an overlap in the frequency spectrum between the primary and secondary signal parts. Is a common case. To complicate matters further, the primary signal part and the secondary signal part The statistical properties of one or both of the minutes change over time. In such cases, Conventional filtering techniques are ineffective at extracting either primary or secondary signals. is there. However, the description of either the primary signal part or the secondary signal part can be derived If possible, use correlation cancellation such as adaptive noise cancellation to create the primary signal of the signal. Either the part or the secondary signal part can be removed and separated from the other parts. In other words, if there is sufficient information about one part of the signal part, the signal part Can be extracted.   Conventional correlation cancelers, such as adaptive noise cancellers, adapt to parts of the composite signal. To dynamically change its transfer function to remove it. However, correlation cancellation Can be a secondary reference that correlates only to the secondary signal portion, or a correlation only to the primary signal portion. Either a primary criterion is required. For example, if the measurement signal is If the noise criterion is available, the noise can be reduced by using a correlation canceller. Can be removed. This is common. Reference signal amplitudes correspond The amplitude of the primary or secondary signal portion need not be the same, but Are similar to the frequency spectrum of the primary or secondary signal part. With torr.   In most cases, nothing or most of the secondary signal portion and / or the primary signal portion Not known. These parts of the measurement signal, including the primary signal part and the secondary signal part One area in which information about can not be easily determined is physiological monitoring . Physiological monitoring generally involves measurement signals obtained from a physiological system, such as the human body. No. Measurements typically made using physiological monitoring systems are Electrograms, blood pressure, blood gas saturation (eg oxygen saturation), capnographs, other blood components Includes minute monitoring, heart rate, respiratory rate, electroencephalogram (EGG), and depth of anesthesia. other Types of measurement include measuring the pressure and volume of substances in the human body, such as cardiac output , Venous oxygen saturation, arterial oxygen saturation, bilirubin, total hemoglobin, respiratory test , Drug test, cholesterol test, glucose test, bleeding, and carbon dioxide test , Protein tests, carbon monoxide tests, and other in vivo measurements. Such measurement A complex problem that arises in the measurement is the external and internal movement of the patient during the measurement process (eg, Muscle movement, vein movement, and movement of a probe).   Known energy decay characteristics of selected forms of energy as it passes through the medium By using, many types of physiological measurements can be made.   Blood gas monitors are based on the measurement of energy attenuated by biological tissue or components. 1 is an example of a physiological monitoring system. Blood gas monitor is a test medium Light is sent through and the decay of the light is measured as a function of time. Reacts to arterial blood The output signal of the blood gas monitor includes a component that is a waveform representing the arterial pulsation of the patient. Suffering This type of signal, which contains components related to the person's beat, is called a plethysmographic wave. , Which is shown by the curve s in FIG. Plethysmograph waveform measures blood gas saturation Used in Like the heartbeat, the blood volume in the arteries increases or decreases, thereby causing The energy decay increases and decreases as indicated by the period wave s.   Blood is used as a medium to transmit light energy for blood gas attenuation measurement. It is typical to use nearby flowing fingers, earlobes or other parts of the human body. FIG. Fingers schematically indicated by include skin, fat, bone, muscle, etc., each of which is substantially predictable and Constantly attenuates the energy incident on the finger. However, for example, the thickness of the finger When the part is pressed unexpectedly, the movement of the finger causes the energy attenuation to become incidental. You.   An example of a more realistic measurement waveform S is shown in FIG. This shows the effect of the behavior . The primary plethysmograph waveform s of the signal is a waveform representing a pulse, and the sawtooth waveform in FIG. Corresponding to the shape pattern. Large displacement of signal amplitude caused by secondary operation The plethysmographic signal s becomes ambiguous. Even with small changes in amplitude, It is difficult to identify the primary signal component s in the presence of the signal component n.   Pulse oximeter is a blood gas monitor that non-invasively measures arterial oxygen saturation in blood Is one type. New oxygenated blood moves due to the pumping action of the heart Stimulated into the pulse, resulting in greater energy decay. Well understood in the technology As is known, arterial saturation of oxygenated blood is measured at different wavelengths. It can be measured from the valley depth relative to the peaks of the two plethysmographic waveforms. Figure As shown in the plethysmograph waveform shown in FIG. The motion artifact is added to the signal. Due to such motion artifacts, the measurement signal The issue is disturbed.                                 Summary of the Invention   The present invention relates to a U.S.A. named Signal Processing Apparatus. Patent application No. 08 / 132,812 (filed on Oct. 6, 1993) An improvement of the method and apparatus (the patent application is assigned to the assignee of the present application). Book The invention is directed to separating either the primary or secondary signal portion of a composite measurement signal. It includes several different embodiments that use the novel signal model according to the invention. 1 In one embodiment, the signal processor includes a first measurement signal and a first measurement signal. And obtaining a second measurement signal. The first signal comprises a first primary signal portion and a first secondary signal Including parts. The second signal includes a second primary signal portion and a second secondary signal portion. This These signals propagate energy through the medium and measure the attenuated signal after transmission or reflection. Can be obtained. Alternatively, these signals are the energy generated by the medium. It can also be obtained by measuring the energy.   In some embodiments, the first measurement signal and the second measurement signal are the first measurement signal or the second measurement signal. Processed to generate a secondary reference without the primary signal part from any of the measurement signals Is done. The secondary reference is a secondary signal portion of each of the first measurement signal and the second measurement signal. Correlates with The secondary criterion is passed through a correlation canceller such as an adaptive noise canceller. And is used to remove a secondary portion of each of the first measurement signal and the second measurement signal. You. The correlation canceller obtains a first input and a second input, and obtains all signals correlated with the second input. Is a device that removes the signal component from the first input. In this specification, Any unit that performs or nearly performs a function is considered a correlation canceller.   The adaptive correlation canceller dynamically changes its transfer function in response to the reference and measurement signals. Dynamic notch to remove from the measurement signal the frequency present in the reference signal by changing to It can be explained in analogy with a filter. Hence, a typical adaptive correlation canceller Receives the signal from which a certain component needs to be removed and receives the reference signal of the unnecessary portion. I believe. The output of the correlation canceller is used for the desired signal from which unnecessary parts have been removed. This is a valid approximation.   Alternatively, the first measurement signal and the second measurement signal may be a secondary signal from any of them. It can be processed to generate a primary reference without parts. The primary criterion is then Remove primary part of each signal of first measurement signal and second measurement signal via Seki canceller Can be used to The output of the correlation canceller is a second-order signal with the primary signal removed. A valid approximation to the signal that can be used for further processing on the same or auxiliary equipment. Can be used. In this capability, either the first measurement signal or the second measurement signal As a reference signal input to the second correlation canceller together with the By using the approximation, the first primary signal portion or the second primary signal respectively Any of the sign portions can be calculated.   Physiological monitors can benefit from the signal processor of the present invention. Living Often in a physical measurement, a first signal including a first primary part and a first secondary part. And a second signal comprising a second primary part and a second secondary part. Patient body Through the body (or a substance obtained from the human body, such as breath, blood, or tissue) To transfer energy into the vein or vein and measure the attenuated signal after transmission or reflection Thus, these signals can be obtained. Or, for example, in an electrocardiogram, The signal can be obtained by measuring the energy generated by the patient's body. Can be. Adaptive processing by processing the signal through the signal processor of the present invention Either secondary or primary reference input to correlation canceller such as noise canceller This is obtained.   One physiological monitoring device that would benefit from the present invention is a plethysmograph It is a monitoring system that measures a signal representing arterial pulsation called a wave. this The signal can be used for blood pressure measurement, blood component measurement, and the like. Of such use A particular example is pulse oximetry. Pulse oximetry measures oxygen saturation in the blood Including measurements. In such a configuration, the primary part of the signal is that blood flows near the skin Of arterial blood to energy attenuation as energy passes through a part of the human body Degrees. Due to the pumping action of the heart, the blood flow periodically increases and decreases in the arteries Periodic decay occurs, but the periodic waveform is a plethysmographic waveform representing arterial pulsation It is. The secondary part is noise. In the present invention, when energy passes through the human body The secondary part of this signal is related to the contribution of venous blood to the energy decay of Next, the measurement signal is modeled. The secondary part is also the Artifacts that can cause venous blood to flow unpredictably Thus, unpredictable attenuation occurs, and the periodic plethysmograph waveform is disturbed. Call Inhalation is also typically at a lower frequency than the patient's pulse rate, Causes a change in the noise portion. Thus, according to the present invention, a plethysmographic wave The measurement signal forming the shape, the primary part of which indicates the contribution of arterial blood to attenuation, The secondary part is modeled such that it is due to some other parameter.   A physiological monitor specifically applied to oximetry by pulse oximetry is , Two light emitting diodes that emit light of different wavelengths to generate a first signal and a second signal (LED). Each of the two different energy signals is, for example, a finger or an ear. After passing through an absorbing medium such as a glove, the attenuation of these two different energy signals is detected. The dispatcher records. The decay signal generally comprises a primary signal portion (attenuation for the artery) and Both parts of the next signal part (noise) are included. Static filter such as band pass filter The system often removes portions of the secondary signal outside the known bandwidth of interest. Concomitant or random generated by action or often difficult to remove The secondary signal portion remains with the primary signal portion.   A processor according to one embodiment of the invention removes a primary signal portion from a measurement signal. To obtain a secondary reference, which is a combination of the remaining secondary signal portions. The secondary criterion is Correlates to both secondary signal parts. The secondary reference and at least one measurement signal are A correlation key such as an adaptive noise canceller that removes random or concomitant parts of the signal. Entered into Jansera. This allows the primary pre-processor to be measured at one of the measurement signal wavelengths. A valid approximation to the chismographic signal is obtained. As known in the art, Quantitative measurement of oxygen-containing arterial blood volume in the human body is based on a variety of plethysmographic signals. Can be obtained in a way.   The processor of the present invention also removes the secondary signal portion from the measurement signal, and A primary reference, which is a combination of the next signal portions, can be obtained. This primary criterion is Correlates to both primary signal portions. At least one of the primary reference and the measurement signal is measured It is input to a correlation canceller that removes the primary part of the signal. This allows the measurement signal A valid approximation to the secondary signal at one of the wavelengths is obtained. This signal is Measuring venous blood oxygen saturation as well as removing secondary signals from assistive devices May also be useful.   According to the signal model of the present invention, each has a primary signal part and a secondary signal part The two measurement signals can be related by a coefficient. Defined by the present invention By associating the two equations with respect to the coefficients, the coefficients are calculated as arterial oxygen saturation and noise. Provide information about (venous oxygen saturation and other parameters). This aspect of the invention According to the model, the phase between the primary and secondary signal parts specified in the model The coefficients can be determined by minimizing the function. Therefore, the signal model of the present invention is It can be used in many ways to obtain information about the measurement signal. About this It will become more apparent in the detailed description of the preferred embodiments.   One aspect of the invention provides that at least two measurement signals S1And STwoTo handle the This is the method used in the processor. Each of at least two measurement signals Includes a primary signal portion s and a secondary signal portion n, and the signal S1And STwoHas the following relationship .                               S1= S1+ N1                               STwo= STwo+ NTwo Where s1, STwo, N1, NTwoHas the following relationship:                 s1= RasTwo, And n1= RvnTwo In the above equation, ra, RvIs a coefficient.   The method of the present invention comprises a number of steps. s1And n1The agent that minimizes the correlation between Number raIs determined. Then, the determined raThe first signal and the second signal At least one of the signals is from at least one of the first measurement signal or the second measurement signal n is subtracted to form a clean signal.   In some embodiments, the clean signal is displayed on a display. In another embodiment, wherein the first signal and the second signal are physiological signals, the method further comprises: Processing the clean signal to obtain a physiological parameter from the first or second measurement signal. Determining a meter. In some embodiments, the parameter is arterial oxygen saturation. The degree of peace. In another embodiment, the parameter is an ECG signal. Of the measurement signal In another embodiment, wherein the portion shows a cardiac plethysmograph, the method comprises: Further, the method includes a step of calculating a pulse rate.   Another aspect of the invention involves a physiological monitor. The monitor has a primary part s1And two Next part n1Measurement signal S having1Is configured to receive the first input. Mo Nita also has a primary part sTwoAnd the secondary part nTwoMeasurement signal S havingTwoReceive The second input is configured as follows. Advantageously, the first measurement signal S1And the second measurement signal STwoHas the following relationship.                               S1= S1+ N1                               STwo= STwo+ NTwo Where s1And sTwoAnd n1And nTwoHas the following relationship:                     s1= RasTwo, And nl= RvnTwo In the above equation, ra, RvIs a coefficient.   The monitor further has a scan reference processor, which scan reference processora In response to the multiple possible values ofaIs multiplied by each possible value of Each of the values is subtracted from the first measurement signal to obtain a plurality of output signals. Receives the first measurement signal A first input configured to communicate with the plurality of output signals from the saturation scan reference processor. And a correlation canceller configured with a second input to receive the plurality of output signals. Providing a plurality of output vectors corresponding to correlation cancellation between the first measurement signals. Integration configured with inputs to receive multiple output vectors from correlation canceller The means is responsive to the plurality of output vectors to determine a corresponding power for each output vector. Set. The extreme value detecting means has its input connected to the output of the integrating means. Extreme value detection Stage detects selected power in response to corresponding power for each output vector I do.   In some embodiments, the plurality of possible values is a plurality of possible values for the selected blood component. Corresponds to the value. In some embodiments, the selected blood component is arterial blood oxygen saturation. is there. In another embodiment, the selected blood component is venous blood oxygen saturation. Ma In yet another embodiment, the blood component selected is carbon monoxide.   Another aspect of the invention involves a physiological monitor. The monitor has a primary part s1And secondary Minutes n1Measurement signal S having1Is configured to receive the first input. monitor Is also the primary part sTwoAnd the secondary part nTwoMeasurement signal S havingTwoTo receive A second input is configured. First measurement signal S1And the second measurement signal STwoIs related to Obey.                               S1= S1+ N1                               STwo= STwo+ NTwo s1And sTwoAnd n1And nTwoIs                       s1= RasTwo, N1= RvnTwo Where raAnd rvIs a coefficient.   The conversion module is responsive to the first measurement signal and the second measurement signal, andaof Respond to multiple possible values. The extreme value calculation module comprises at least one power curve R that minimizes the correlation between s and n according toaAnd choose this raCorresponding from the value of Is calculated as an output. The display module displays the calculated saturation. The saturation value is displayed in response to the output of the sum value.                               BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES   FIG. 1 is a diagram showing an ideal plethysmograph waveform.   FIG. 2 schematically shows a typical finger.   FIG. 3 shows a plethysmograph waveform including a contingency signal portion generated by the operation. FIG.   FIG. 4a is a schematic diagram of a physiological monitor that calculates a primary physiological signal.   FIG. 4b is a schematic diagram of a physiological monitor that calculates a secondary signal.   FIG. 5a can be used in a physiological monitor that calculates the primary physiological signal FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an adaptive noise canceller.   FIG. 5b illustrates a physiological monitor that calculates a secondary motion artifact signal. FIG. 3 is a diagram showing an example of an adaptive noise canceller that can be used in the present invention.   FIG. 5c shows the transfer function of the multi-notch filter.   FIG. 6a is a schematic diagram of an absorbent material containing N components.   FIG. 6b is another schematic diagram of an absorbent material, including one mixed layer. It contains N components.   FIG. 6c is another schematic diagram of the absorbent material, including two mixed layers. N components.   FIG. 7a illustrates a monitor for calculating primary and secondary signals in accordance with one aspect of the present invention. It is a schematic diagram.   FIG. 7b shows the signal coefficient r1, RTwo... rnIdeal correlation canceller as a function of FIG. 4 shows the energy or power output of the radiator, in this particular example rThree= RaAnd r7= RvIt is.   FIG. 7c shows the signal coefficient r1, RTwo... rnNon-ideal correlation cancellation as a function of FIG. 4 shows the energy or power output of the sera, in this particular example rThree= RaIn R7= RvIt is.   FIG. 8 shows a combined process estimator including a least squares grid type prediction unit and a regression filter. 2 is a schematic model of a step.   FIG. 8a includes QRD least squares lattice (LSL) predictor and regression filter It is a figure showing a schematic model of a joint process estimating means.   FIG. 9 shows the execution of the joint process estimating means modeled in FIG. 8 in software. 9 is a flowchart showing a subroutine for performing the operation.   FIG. 9a shows the combination process estimation means modeled in FIG. It is a flowchart which shows the subroutine for performing.   FIG. 10 shows a combined process having least-squares lattice type prediction means and two regression filters. 3 is a schematic model of a source estimating means.   FIG. 10a shows a result having a QRD least-squares lattice type prediction means and two regression filters. It is a schematic model of a combined process estimation means.   FIG. 11 illustrates an example of a physiological monitor in accordance with the teachings of one aspect of the present invention. .   FIG. 11a shows a low noise emitter current driver with a digital-to-analog converter. It is a figure showing an example of a moving device.   FIG. 12 shows a pre-analog signal conditioning circuit of the physiological monitor of FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating a digital conversion circuit.   FIG. 13 is a diagram showing further details of the digital signal processing circuit of FIG.   FIG. 14 shows operations performed by the digital signal processing circuit of FIG. FIG. 4 shows further details of the.   FIG. 15 shows further details regarding the demodulation module of FIG.   FIG. 16 is a diagram showing further details regarding the decimation module of FIG. It is.   FIG. 17 is a more detailed block diagram of the operation of the statistics module of FIG. FIG.   FIG. 18 is a block diagram of the operation of one embodiment of the saturation conversion module of FIG. It is a lock figure.   FIG. 19 is a block diagram of the operation of the saturation calculation module of FIG. You.   FIG. 20 is a block diagram of the operation of the pulse rate calculation module of FIG. You.   FIG. 21 is a block diagram of the operation of the operation artifact suppression module of FIG. It is a lock figure.   FIG. 21a illustrates the operation of the motion artifact suppression module of FIG. It is another block diagram.   FIG. 22 is a diagram showing a saturation conversion curve according to the principle of the present invention.   FIG. 23 is a block diagram of another embodiment of the saturation conversion for obtaining the saturation value. You.   FIG. 24 is a diagram illustrating histogram saturation conversion according to another embodiment of FIG. You.   FIGS. 25A to 25C are diagrams showing another embodiment for obtaining the degree of saturation.   FIG. 26 shows the secondary criterion n ′ (used in the processor and the correlation canceller of the present invention. t) or the red light wavelength λa = λ for determining the primary criterion s ′ (t)red= 660nm FIG. 3 is a diagram showing signals measured in the first embodiment. The measurement signal has a primary part sλa(T) and Secondary part nλa(T).   FIG. 27 shows the secondary criterion n ′ (used in the processor and the correlation canceller of the present invention. t) or the infrared wavelength λb = λ for determining the primary criterion s ′ (t)IR= 910 nm FIG. 4 is a diagram showing a signal measured during the measurement. The measurement signal has a primary part sλb(T) and two Next part nλb(T).   FIG. 28 shows the secondary criterion n ′ (t) determined by the processor of the present invention.   FIG. 29 shows λa estimated by correlation cancellation using the secondary criterion n ′ (t). = Λred= Signal S measured at 660 nmλaPrimary part s of (t)λa(T) A valid approximation toλaIt is a figure showing (t).   FIG. 30 shows λb estimated by correlation cancellation using the secondary criterion n ′ (t). = ΛIR= Signal S measured at 910 nmλbPrimary part s of (t)λb(T) A valid approximation to s "λbIt is a figure showing (t).   FIG.1, STwoAnd SThreeFor obtaining an electroencephalogram (ECG) signal indicated by FIG. 3 shows a set of three concentric electrodes, ie, a three-electrode sensor. Each EGG signal is Includes primary and secondary components.   FIG. 32 is a diagram showing a tap delay line FIR filter.   FIG. 33 is a diagram showing a vector sum of FIR filter outputs for two frequencies. is there.   FIG. 34 is a diagram illustrating an M-th all-pass subfilter.   FIG. 35 shows complementary low-pass and high-pass filters from a two-pass all-pass network. It is a figure showing a filter.   FIG. 36 shows Hilbert as a converted half-band filter. It is a figure showing a conversion all pass filter.   FIG. 37 is a diagram showing a resampling two-pass all-pass filter.   FIG.-FourFIG. 8 is a diagram showing a spectrum of an iterative two-pass filter having the following polynomial: is there.   Fig. 39 shows a filter bar concentrated in the quadrant of four channels and concentrated in the main axis direction. It is a figure showing the spectrum of a link.   FIG. 40 is a diagram illustrating the low-pass conversion of the all-pass filter.   FIG. 41A is a diagram showing an all-pass filter structure.   FIG. 41B is a diagram showing a multi-phase all-pass structure.   FIG. 42 is a diagram illustrating a pole-zero distribution of the M-order all-pass subfilter.   FIGS. 43A-43D show typical phase responses of the all-pass filter path and corresponding It is a figure showing an amplitude response.   44A and 44B show pole zeros for 2-pass and 5-pass polyphase all-pass networks. It is a figure which shows a plot and an amplitude response.   FIG. 45 is a diagram illustrating bandpass conversion of an all-pass filter.                               Detailed description of the invention   The present invention comprises a first measurement signal and a second measurement signal, each having a primary signal portion and a secondary signal portion. Includes systems that use measurement signals. In other words, the first composite signal S1(t) = s1( t) + n1(t), the second composite signal STwo(t) = sTwo(t) + nTwo(t), the system of the present invention Using the stem, either the primary signal portion s (t) or the secondary signal portion n (t) They can be separated. The output of the processed system is the secondary signal portion n (t ), Or a valid approximation to the primary signal part s (t) s "(t).   The system of the present invention provides that the primary and / or secondary signal portion n (t) is It may be necessary to include one or more parts such as measurable parts, incidental parts, and random parts. Useful for The primary signal approximation s "(t) or the secondary signal approximation n" (t) is the composite signal S ( t) as many secondary signal parts n (t) or primary signal parts s (t) as possible Obtained by leaving. The remaining signals are respectively the primary signal approximation s "(t) or Form any of the secondary signal approximations n "(t). A fixed portion of the secondary signal n (t) and Predictable parts include, for example, simple subtraction, low-pass, band-pass, and high-pass filters. It is easily removed using conventional filtering techniques such as tarring. Incidental part Are difficult to remove due to their unpredictable nature. Statistical and concomitant signals If some knowledge of At least partially from the measurement signal. However, the secondary signal n Information about the incidental part of (t) is often unknown. In this case, Filtering techniques are usually inadequate.   To remove the secondary signal n (t), the signal model according to the present invention uses the first measurement signal S1 And the second measurement signal STwoIs defined as follows. S1= S1+ N1 STwo= STwo+ NTwo s1= RasTwo, And n1= RvnTwo Or Where s1And n1Are at least somewhat (preferably substantially) correlated STwoAnd nTwoAre at least somewhat (preferably substantially) uncorrelated. First measurement signal S1And the second measurement signal STwoIs the correlation coefficient r as defined aboveaas well as rvAre related by The use and selection of these factors are described below. In more detail.   In one aspect of the invention, the signal model is a correlation canceller such as an adaptive noise canceller. Used in combination with Serra to remove or derive incidental portions of the measurement signal.   In general, a correlation canceller has two signal inputs and one output. These inputs One of which is either the secondary criterion n ′ (t) or the primary criterion s ′ (t), Are respectively the secondary signal part n (t) and the primary signal present in the composite signal S (t). Signal portion s (t). The other input is for the composite signal S (t) . Ideally, the output s "(t) or n" (t) of the correlation canceller is the primary signal It only corresponds to the part s (t) or the secondary signal part n (t). Often, correlation scans The most difficult task in the Serra application is the secondary part of the measurement signal S (t) The reference signals n ′ (t) and s ′ (correlating to the minute n (t) and the primary part s (t) respectively t) because, as described above, these parts This is because it is extremely difficult to separate from S (t). Signal processor of the present invention , The secondary criterion n ′ (t) or the primary criterion s ′ (t) is two different wavelengths λa and λb Are determined at the same time from two composite signals measured simultaneously or substantially simultaneously.   A general monitor block comprising a signal processor and a correlation canceller according to the invention. The diagrams are shown in FIGS. 4a and 4b. Two measurement signals Sλa(T) and Sλb(T) is Received by detector 20. To make some physiological measurements, one or more Those skilled in the art will appreciate that a dispenser is better. Each signal is signal adjusted It is adjusted by means 22a and 22b. Adjustments are signaled to remove certain parts. Procedures such as filtering the signal and amplifying the signal for ease of operation. However, the present invention is not limited to this. The signal is then converted to an analog-to-digital converter 24a and The data is converted into digital data by 24b. First measurement signal Sλa(T) is a book S in the descriptionλaA first primary signal portion, labeled (t), and nλa(T) And a first secondary signal portion labeled. Second measurement signal Sλb(T) is , The first measurement signal Sλa(T), and is at least partially related to sλbA second primary signal portion, labeled (t), and nλbWith label (t) A second secondary signal portion to be transmitted. Typically, the first secondary signal portion nλa (T) and the second secondary signal part nλb(T) is the primary signal part sλa(T) And sλbUncorrelated and / or adjoined to (t). Secondary signal section Minutes nλa(T) and nλb(T) is often associated with patient movement in physiological measurements It arises from.   Signal Sλa(T) and Sλb(T) is input to the reference processor 26. Standard Processor 26 has a factor ra= Sλa(T) / sλb(T) or factor rv= Nλa(T) / nλb(T) or any of the second measurement signals SλbRaised to (t) The second measurement signal Sλb(T) is the first measurement signal SλaSubtract from (t). signal Coefficient factor raAnd rvIs the two signals Sλa(T) and Sλb(T) was subtracted Sometimes the primary signal portion sλa(T) and sλb(T) or secondary signal part nλ a (T) and nλbIt is determined to erase one of (t). Therefore, the criteria The output of the processor 26 is the secondary signal portion nλa(T) and nλb(T) The secondary reference signal n ′ (t) = n in FIG.λa(T) -ranλb(T) or one Next signal part sλa(T) and sλb(T) the secondary reference signal of FIG. s' (t) = sλa(T) -rvsλb(T). Reference signal n '(t ) Or s ′ (t) is the measurement signal Sλa(T) or Sλb(T) with one of The correlation canceller 27 inputs the reference signal n ′ (t) or s ′ (t) to the canceller 27. Using the secondary signal part nλa(T) or nλb(T) or primary signal part sλ a (T) or sλb(T) one of the measurement signals Sλa(T) or Sλb( Remove from t). The output of the correlation canceller 27 is a valid primary signal approximation s "(t) Or the secondary signal approximation n "(t). In some embodiments, the approximation s" (t) or n "(t). Are displayed on the display 28.   In one embodiment, the adaptive noise canceller 30 (an example of which is shown in FIG. ) Is used as a correlation canceller 27, and an optional secondary signal portion nλa (T) and nλb(T) is applied to the first signal Sλa(T) and second measurement Fixed SλbRemove from (t). The adaptive noise canceller 30 of FIG. Part nλa(T) and nλbOne sample of the secondary criterion n '(t) correlated to (t) Have as input. The secondary criterion n '(t) is, as described in the text, the process of the present invention. The two measurement signals Sλa(T) and Sλb(T) You. The second input to the adaptive noise canceller is the first composite signal Sλa(T) = sλa (T) + nλa(T) or the second composite signal Sλb(T) = sλb(T) + nλb( t) is any sample.   Using the adaptive noise canceller 30 of FIG.λa(T) And the second measurement signal SλbFrom (t) the primary signal part sλa(T) and sλb(T) Either one can be removed. The adaptive noise canceller 30 converts the primary signal Part sλa(T) and sλbOne sample of the primary criterion s ′ (t) that correlates to (t) Have as input. The primary criterion s' (t) is, as described in the text, Two measurement signals S by the sensor 26λa(T) and Sλb(T). The second input to the adaptive noise canceller 30 is the first measurement signal Sλa(T) = sλa (T) + nλa(T) or Sλb(T) = sλb(T) + nλbAny of (t) This is a sample.   The adaptive noise canceller 30 uses the reference signal n ′ (t) or s ′ (t) and the measurement signal Sλa (T) or Sλb(T) functions to remove frequencies common to both. Base The quasi-signal is the secondary signal part nλa(T) and nλb(T) or primary signal part sλa( t) and sλb(T), the reference signal is It is incidental or behaves the same. The adaptive noise canceller 30 receives the reference signal Similar to dynamic multi-notch filter based on n '(t) or s' (t) spectral distribution Act to be able to   FIG. 5c shows a transfer function of an example of a multi-notch filter. Transfer function amplitude Notches or dips in the signal are attenuated or removed when the signal passes through the notch filter. Indicates the frequency to be dropped. The output of the notch filter excludes the frequency at which the notch exists. This is the composite signal that was dropped. Notch similar to adaptive noise canceller 30 The frequency to be changed continuously changes based on the input to the adaptive noise canceller 30.   The adaptive noise canceller 30 (FIGS. 5a and 5b)λa(T), s "λb (T), n "λa(T) or n "λbGenerate an output signal labeled (t) This output signal is fed to an internal processor 32 in the adaptive noise canceller 30. Will be back. The internal processor 32 executes its own transmission according to a predetermined algorithm. By adjusting the transfer function, b in FIG.λLabeled (t) and FIG. b then cλThe output of the internal processor 32, labeled (t), is nλa(T) or nλb(T) or primary signal part sλa(T) or sλb( t). Output b of internal processor 32 of FIG. 5aλ (T) is the measurement signal Sλa(T) or SλbWhen subtracted from (t), the output signal s "λa(T) = sλa(T) + nλa(T) -bλa(T) or output signal s "λb = Sλb(T) + nλb(T) -bλb(T) is obtained. The internal processor is "λa(T) or s "λb(T) is the primary signal sλa(T) or sλb(T) So that s "λa(T) or s "λbOptimize (t). FIG. 5b Output c of internal processor 32λ(T) is the measurement signal Sλa(T) or Sλb(T ) Is subtracted from n "λa(T) = sλa(T) + nλa(T) -cλa(T) Or n "λb= Sλb(T) + nλb(T) -cλbThe output signal defined as (t) is can get. The internal processor is n "λa(T) or n "λb(T) is primary Signal nλa(T) or nλbN ″ such that it is approximately equal to (t)λa(T) or n "λb Optimize (t).   One algorithm that can be used to adjust the transfer function of internal processor 32 is: Published by Prentice Hall and copyrighted in 1985 Bernard Widrow and Samuel Stearns muel Stearns), Adaptive Signal Processing, Chapters 6 and 12. This is the least-squares algorithm used. This book, including Chapters 6 and 12, Incorporate the entire contents as part of the text.   The adaptive processor 30 of FIGS. 5a and 5b provides a side lobe canceling of the antenna. , Pattern recognition, cancellation of common periodic interference, and long-distance telephone transmission lines. It has been successfully applied to many problems, including canceling echoes in However , Nλa(T), nλb(T), sλa(T) and sλb(T) is the composite signal for measurement. No. Sλa(T) and Sλb(T) cannot be easily separated from the appropriate reference signal n Significant work is often required to find '(t) or s' (t). Real Secondary part nλa(T) or nλb(T) or primary signal part sλa(T) young Or sλbIf any of (t) can be used speculatively, techniques such as correlation cancellation No art is needed.General determination of primary and secondary reference signals   The manner in which the reference signals n ′ (t) and s ′ (t) can be determined is described below. To the detector For example, when the first signal is measured at the wavelength λa, the signal Sλa(T) is obtained Is:     Sλa(T) = sλa(T) + nλa(T) (1) Where sλa(T) is the primary signal part, nλa(T) is a secondary signal part.   The same measurement is performed simultaneously or almost simultaneously at different wavelengths λb. You get:     Sλb(T) = sλb(T) + nλb(T) (2) Note that the measurement signal Sλa(T) and SλbAs long as (t) is obtained almost simultaneously, the secondary signal Component nλa(T) and nλb(T) is correlated. Because any random or This is because the incidental function affects each measurement value in a substantially similar manner. Substantive Primary signal component sλa(T) and sλb(T) also correlates with each other.   To obtain the reference signals n '(t) and s' (t), the measurement signal Sλa(T) and Sλb( t) is transformed to remove the primary signal component or the secondary signal component, respectively. According to the invention, one way to do this is to use the primary signal part sλa(T) and sλb(T) and the secondary signal part nλa(T) and nλbProportionality constant r during (t)aas well as rvAnd model the signal as follows:     sλa(T) = rasλb(T)     nλa(T) = rvnλb(T) (3) According to the signal model of the present invention, these proportionalities are related to absorption measurements and physiological measurements. Is satisfied in many measurements, including but not limited to Further In addition, according to the signal model of the present invention, for most measurements, the proportionality constant raAnd rvTo It can be determined as follows:     nλa(T) ≠ ranλb(T)     sλa(T) ≠ rasλb(T) (4)   In equation (2), raAnd then subtracting equation (2) from equation (1) gives the primary signal term sλa (T) and sλb(T) is eliminated to yield the following single expression:     n '(t) = Sλa(T) -raSλb(T)            = Nλa(T) -ranλb(T) (5a) This is the secondary signal part nλa(T) and nλb(T) is correlated with the adaptive noise Be used as a secondary criterion n '(t) in a correlation canceller such as a canceller Is a non-zero signal.   In equation (2), rvAnd then subtracting equation (2) from equation (1) gives the primary signal term sλa (T) and sλb(T) is eliminated to yield the following single expression:     s' (t) = Sλa(T) -rvSλb(T)            = Sλa(T) -rvsλb(T) (5b) This is the primary signal part sλa(T) and sλb(T) and adaptive noise cancellation Can be used as the primary criterion s' (t) in correlation cancellers such as Serra Non-zero signal.Example of measuring primary and secondary reference signals in an absorption system   Correlation cancellation is particularly useful for many measurements collectively referred to as absorption measurements. Departure Adaptive noise based on criteria n '(t) or s' (t) determined by the Of absorption type monitor that can advantageously use correlation cancellation such as noise cancellation Determines the concentration of the energy absorbing component in the absorbing material if the absorbing material changes. Monitor. Such a change is a force or primary force that requires information. Or by random or incidental secondary forces such as mechanical forces in the material Can occur. Due to random or incidental interference such as movement, Secondary components occur. These secondary components can be determined by appropriate secondary criteria n ′ (t) or one If the next criterion s ′ (t) is known, it can be removed or derived by the correlation canceller. Wear.       A1, ATwo, AThree... ANHas N different absorbing components labeled A schematic N-component absorbent material including a container 42 is shown in FIG. 6a. In FIG. 6a A1~ ANAre arranged in the container 42 in a substantially regular layered manner. Specific One example of an Ip absorption system is that light energy passes through container 42 and It is a system that is absorbed according to Beer Lambert's law of light absorption. wavelength For light at λa, this attenuation can be approximated by: First, take the natural logarithm of both sides, convert the signal by manipulating the terms, The signal is converted such that the signal components are combined by addition rather than multiplication. Where I0Is the intensity of incident light energy; I is the intensity of transmitted light energy;i, λaIs a wave The absorption coefficient of the i-th component in the length λa; xi(T) is the light path of the i-th layer. Length, ie, the thickness of the material of the i-th layer through which the light energy passes; ci(T) Thickness xiThe concentration of the i-th component in the volume associated with (t). Absorption clerk Number ε1~ ΕNIs a constant known value at each wavelength. Most concentrations c1(T) ~ cN(T) is the optical path length x of each layer.iLike most of (t), I don't know It is typical. The total length of the light path is the individual light path length x of each layeri(T) Is the sum of each.   If the material is not subject to any force that changes the layer thickness, the optical path length of each layer will be approximately It is constant. As a result, the light energy attenuates almost constant, so that the measurement signal Has a substantially constant offset. Typically, knowledge of the forces that perturb the material Is usually of little interest in this offset portion of the signal. Strange Includes certain unwanted signal parts obtained from almost constant component absorption when not subject to quantization , Any signal portions outside the known bandwidth of interest are removed. This is the traditional band pass It is easily achieved by over-filtering techniques. However, the force on the material Then, each component layer is affected differently from the other layers by perturbation. each Optical path length x of layeriSome perturbation of (t) indicates desired or primary information Displacement can occur in the measurement signal. Light path length x of each layeri(T) other Movement causes unwanted or secondary displacement that masks primary information in the measurement signal . Secondary signal components related to secondary displacement are removed to obtain primary information from the measured signal It must be. Similarly, the secondary signal component generated by the secondary displacement is calculated. If possible, the primary signal generation from the measured signal via simple subtraction or correlation cancellation techniques You can get minutes.   Correlation cancelers perturb or change the absorbing material to produce primary signal components or secondary signal components. Perturbing or changing the material differently from the force that caused any of the signal components Absorbs either the secondary signal component or the primary signal component generated by the force The material is removed from the composite signal measured after being transmitted or reflected. Explanation eyes The primary signal sλaThe portion of the measurement signal that is considered to be (t) is the target component. Minute AFiveAnd the damping term ε associated withFivecFivexFive(T) and component AFiveLayer of other component A1~ AFour And A6~ ANSuppose that each layer is affected by a different perturbation. Such a state An example of a situation is when the power that the relevant information appears to be primary is layer AFiveAffected In addition, this is the case where the entire material receives a force that affects each layer. In this case, the ingredients AFiveThe total force affecting each layer is the total force affecting each of the other layers. Component A, unlike the power ofFiveInformation about the layer forces and the resulting perturbations is primary Component A1~ AFourAnd A6~ ANThe attenuation term due to the secondary signal part nλ a (T) is constituted. The additional force affecting the whole material is AFiveEach layer, including layers Cause the same perturbation inFiveThe total force in the layer of1 ~ AFourAnd A6~ ANWill have a different total perturbation than each of the other layers You.   The total perturbation affecting the layers associated with the secondary signal components is random Can often be caused by incidental forces. This allows the thickness of the layer and the light path of each layer Road length xi(T) will be changed concomitantly, which results in a random Or secondary signal component Nλa(T) is generated. However, two Next signal part nλaRegardless of whether (t) is adjoint or not, the secondary signal component nλa( t) is the component AFiveIs a component AFiveDifferent from perturbation in layers As long as the secondary criterion n '(t) or the primary criterion determined by the processor of the invention A correlation canceller such as an adaptive noise canceller having s' (t) as one input. Can be removed or derived. The correlation canceller is the primary signal sλa (T) or secondary signal nλaObtain a valid approximation to any of (t). one For some physiological measurements, the primary signal The thickness associated with the component (in this example, xFive(T)) is known or determined The concentration c of the target componentFiveDetermine (t) in most cases be able to.   The correlation canceller is used to measure two measurement signals S measured almost simultaneously.λa(T) and Sλb Use the secondary criterion n '(t) or primary s' (t) determined from (t). Sλa (T) is determined as described above in equation (7). Sλb(T) is a different wave It is determined similarly for the length λb. Either the secondary criterion n '(t) or the primary criterion s' (t) To find out, the attenuated transmitted energy is measured at two different wavelengths λa and λ measured at b and transformed via log transformation. Signal Sλa(T) and Sλb (T) can be written as follows (log conversion possible):   Further transformation of the signal is performed as in equation (3).aAnd rvThe signal mode of the present invention that defines This is a proportional relation by Dell, whereby the noise criterion n ′ (t) and the primary criterion s ′ (t) are Can decide. These are as follows: εFive, λa= RaεFive, λb                                              (12a) nλa= Rvnλb                                                  (12b) here, nλa≠ ranλb                                                  (13a) εFive, λa≠ rvεFive, λb                                              (13b) It is. Often, both equations (12) and (13) are satisfied simultaneously. In equation (11), raMultiply by And subtracting the result from equation (9) yields a zero, which is the linear sum of the secondary signal components. No secondary criteria are obtained.   In equation (11), rv, And subtracting the result from equation (9) gives the primary signal component A primary criterion that is a linear sum is obtained. s' (t) = Sλa(T) -rvSλb(T)        = Sλa(T) -rvsλb(T) (14b)        = CFivexFive(T) εFive, λa-RvcFivexFive(T) εFive, λb             (15b)        = CFivexFive(T) [εFive, λa-RvεFive, λb] (16b)   A sample of either the secondary reference n '(t) or the primary reference s' (t) and the measurement signal Sλ a (T) or SλbAny sample of (t) is shown in FIGS. 5a and 5b. An example is input to a correlation canceller 27 such as an adaptive noise canceller 30 shown in FIG. A preferred example is the preferred correlation canceller using the implementation of the joint process estimator ( Preferred Correlation Canceler Using a Joint Process Estimator Implement ation) "herein. Correlation canceller 27 Secondary part n of the measurement signalλa(T) or nλb(T) or primary component sλa(T) Or sλb(T) is removed and a valid approximation s "of the primary signal is obtained.λa(T) ≒ εFive λacFivexFive(T) or s "λb(T) ≒ εFive λbcFivexFive(T) or two A valid approximation n ”of the next signalλa(T) ≒ nλa(T) or n "λb(T) ≒ nλb (T) is obtained. If a primary signal is available, the near Similarλa(T) or s "λbFrom (t) to concentration cFive(T) is determined as follows Can be: cFive(T) $ s "λa(T) / ε5, λaxFive(T) (17a) cFive(T) $ s "λb(T) / εFive, λbxFive(T) (17b) As described above, the absorption coefficient is constant at each wavelength λa and λb, and in this example, Thickness x related to primary signal componentFive(T) is often known or time Component A since it can be determined as a function betweenFiveConcentration cFiveCalculate (t) Can beDetermination of concentration or saturation in a volume containing more than one component   Referring to FIG. 6b, another material having N different components arranged in multiple layers is shown. Is done. In this material, two components AFiveAnd A6Is the thickness x5,6(T) = xFive(T) + x6(T) is found in one layer having substantially randomly located in this layer ing. This corresponds to the component A in FIG.FiveAnd A6Similar to the joining of layers. Component AFiveas well as A6Bonding between layers such as bonding of layers is suitable when the overall force is the same, In this case, the optical path length x of the two layersFive(T) and X6(T) has the same change Will be lost.   Often, a component within a given thickness that contains more than one component and is subject to unique forces It is desirable to find the concentration or saturation of the minute, ie the percent concentration. Given boli The measurement of the concentration or saturation of a component in a volume Number components are perturbed or changed in the same way by receiving the same total force Can be done if One component in one volume containing many components To determine the degree of saturation, the same number of measurement signals as the component absorbing the incident light energy is required. It is important. Components that do not absorb light energy are not important in determining saturation. Will be understood. To determine the concentration, the same as the component that absorbs the incident light energy A number signal and information about the sum of the concentrations are required.   Often the thickness under unique operation contains only two components. For example, AFive And A6A in a given volume containingFiveTo know the concentration or saturation of Sometimes it is better. In this case, the primary signal sλa(T) and sλb(T) is AFive And A6A in the volume, including terms related toFiveOr A6Concentration or saturation Can be measured. Here, the measurement of the degree of saturation will be described. AFiveAnd A6Both A in the containing volumeFiveThe concentration of AFive+ A6= 1, ie the selected specific measurement No component in the volume that does not absorb incident light energy at a constant wavelength The case can also be determined. Measurement signal Sλa(T) and Sλb(T) is It can be written as follows (log conversion possible): Sλa(T) = εFive, λacFivex5,6(T)              + Ε6, λac6x5,6(T) + nλa(T) (18a)              = Sλa(T) + nλa(T) (18b) Sλb(T) = εFive, λbcFivex5,6(T)              + Ε6, λbc6x5,6(T) + nλb(T) (19a)              = Sλb(T) + nλb(T) (19b)   As shown in FIG. 6c, each contains the same two components but undergoes another operation. It is often the case that more than one thickness is present in one medium. For example , AFiveAnd A6A in a given volume containingFiveTogether with the concentration or saturation of AFiveAnd A6A having the same components asThreeAnd AFourA in a given volume containingThreeof It may be desirable to know the concentration or saturation. Again, the primary signal sλ a (T) and sλb(T) is AFiveAnd A6And the secondary signal nλa (T) and nλb(T) is AThreeAnd AFourIncluding terms related to both. AThree And AFourLayers do not enter the primary signal equation, because AThreeAnd AFourIs a different lap Random or concomitant, not correlated with wave number or with the force associated with the primary signal This is because it is considered to be perturbed by a typical secondary force. Ingredients 3 and 5 and Since minutes 4 and 6 are assumed to be the same, they have the same absorption coefficient (ie, εThree λa= ΕFive λa; ΕThree λb= ΕFive λb; ΕFour λa= Ε6 λa; ΕFour λb= Ε6 λb). However But generally speaking, AThreeAnd AFourIs AFiveAnd A6Has a different concentration from Will have a certain degree of saturation. Therefore, a single component in one medium It may have one or more associated degrees of saturation. Primary and secondary signals according to this model Can be written as: sλa(T) = [εFive, λacFive+ Ε6, λac6] X5,6(T) (20a) nλa(T) = [εFive, λacThree+ Ε6, λacFour] X3,4(T) + nλa(T) (20c) sλb(T) = [εFive, λbcFive+ Ε6, λbc6] X5,6(T) (21a) nλb (t) = [εFive, λbcThree+ Ε6, λbcFour] X3,4(T)                 + Nλb(T) (21c) Signal nλa(T) and nλb(T) is the secondary signal n except for omitting the layers 3 and 4.λa (T) and nλbSame as (t).   Constant undesired second-order signal part obtained from nearly constant absorption of components when not perturbed Signals outside the known bandwidth of interest, including those associated with the primary or secondary signal Approximation to either the primary or secondary signal within the bandwidth of interest Should be removed to determine This is a traditional bandpass filter It is easily achieved with the help of a technic. As in the previous example, the Total perturbations or changes affecting a given layer are random or adjoint The thickness of each layer or the optical path length x of each layeri(T) is incidental And a random or concomitant secondary signal component nλa(T) is generated You. Secondary signal part nλaComponent A, whether (t) is concomitant or notFiveAnd A6 Is a component AFiveAnd A6Limit different from perturbation in the layer of And the secondary criterion n '(t) or the primary criterion s' (t) determined by the processor of the present invention. Through a correlation canceller such as an adaptive noise canceller that takes No. component nλa(T) can be removed or derived. Correlation canceller , An optional secondary signal component nλa(T) and nλb(T) or primary component sλa(T) And sλbAdvantageously, either (t) is derived from equations (18) and (19) or from equations (20) and (21) Can be removed. Also in this case, the correlation canceller uses the primary reference s ′ (t) or Any sample of the secondary criterion n '(t) and the composite signal S of equations (18) and (19)λa(T ) Or SλbAny sample of (t) is required.Determination of primary and secondary reference signals for saturation measurement   According to one aspect of the invention, the measurement signal Sλa(T) and SλbFrom (t), the reference signal s ′ ( One way to determine t) or n '(t) is what is called the constant saturation method. . In this method, AFiveAnd A6A in the volume containingFiveSaturatio n) and AThreeAnd AFourA in the volume containingThreeIs saturated for some time Assume that it remains almost constant. That is, the degree of saturation is determined by the measurement signal Sλa(T) And SλbIt is substantially constant for many samples in (t). Saturation generally changes relatively slowly in physiological systems, so This assumption holds in the sample of. The assumption of constant saturation is equivalent to assuming: Because the other terms in Equations (23a) and (23b) are constants, that is, 1. Because.   Using this assumption, the secondary reference signal n ′ (t) and the primary Proportional constant r allowing determination of reference signal s' (t)aAnd rvIs:   Where nλa(T) ≠ ra(T) nλb(T) (30a)   as well as,   Where sλa(T) ≠ rv(T) sλb(T) (30b) It is.   According to the present invention, in many cases both equations (26) and (30) are satisfied simultaneously. , The proportionality constant raAnd rvCan be determined. Furthermore, the absorption coefficient ε at each wavelengthFive λa, ε6 λa, ΕFive λb, Ε6 λbIs constant, and the central assumption of the constant saturation method is cFive (T) / c6(T) and cThree(T) / cFour(T) over many sample periods That is, it is constant. Therefore, the primary signal output from the correlation canceller Or a new approximation to either the secondary signal New proportional constant raAnd rvCan be determined. Therefore, the processor of the present invention measures Constant signal Sλa(T) and SλbWith respect to the sample set substantially immediately before (t) The primary signal s found by the correlation cancellerλa(T) and sλb(T) Be young Is the secondary signal nλa(T) and nλb (An approximation to any of t) is used, Measurement signal Sλa(T) and SλbThe proportionality constant r for the next sample set of (t)a And rvIs calculated.   In equation (19), raBy subtracting the resulting equation from equation (18) No secondary reference signal is obtained.   n '(t) = Sλa(T) -raSλb(T)          = Nλa(T) -ranλb(T) (31a)   In equation (19), rvBy subtracting the resulting equation from equation (18) No primary reference signal is obtained.     s' (t) = Sλa(T) -rvSλb(T)            = Sλa(T) -rvsλb(T) (31b)   Using the constant saturation method for patient monitoring, the initial proportionality factor is Can be determined as described below. Patients must remain inactive even during the initialization period. No need. Proportional coefficient raAnd rvOnce the value of is determined, the correlation canceller It can be used with n '(t) or the primary criterion s' (t).Determination of signal coefficients of primary and secondary reference signals using constant saturation method   According to one aspect of the present invention, as shown in FIG.λ b (T) = sλb(T) + nλb(T) has a plurality of signal coefficients r1, RTwo... rnEach of Each of the obtained equations is multiplied by the first measurement signal Sλa(T) = sλa(T) + nλa(T) By subtracting r = r1, RTwo... rnGet multiple reference signals for As such, the reference processor 26 of FIGS. 4a and 4b of the present invention can be configured. You.   R '(r, t) = sλa(T) -rsλb(T) + nλa(T) -rnλb(T)                                                                   (32) In other words, multiple signal coefficients are used to indicate a cross section of possible signal coefficients. Selected.   The primary reference s ′ (t) or the secondary reference n ′ (t) is obtained from the plurality of reference signals of the above equation (32). To determine either, a plurality of assumed signal coefficients r1, RTwo... rnFrom the signal coefficient raAnd rvIs determined. Primary signal part sλa(T) and sλb(T) or secondary credit No. part nλa(T) and nλb(T) is, for example, a reference function R ′ (r, t) as follows: Any of them will be canceled or almost canceled if assigned to So that the coefficient raAnd rvIs selected.     sλa(T) = rasλb(T) (33a)     nλa(T) = rvnλb(T) (33b)     n ′ (t) = R ′ (ra, T) = nλa(T) -ranλb(T) (33c)     s '(t) = R' (rv, T) = sλa(T) -rvsλb(T) (33d)   In other words, the coefficient raAnd rvIs the maximum correlation between the primary and secondary signal parts. Selected with a value that reflects the small value. In practice, the measurement signal Sλa(T) and Sλb(T ) Primary signal part sλa(T) and sλb(T) or secondary signal part nλa(T ) And nλbThere is usually not enough information about (t) beforehand. This Due to lack of information of1, RTwo... rnWhich is the signal coefficient ra= Sλa( t) / sλb(T) and rv= Nλa(T) / nλbCorresponding to (t) Is difficult to determine.   Multiple coefficients r1, RTwo... rnFrom the signal coefficient raAnd rvOne way to determine is , As shown in FIG.λa(T) or SλbOne of (t) A corresponding first input is received and a plurality of reference signals R ′ (r1, T), R ′ (rTwo, T), .. . R '(rn, T), the adaptive noise canceller receiving a second input corresponding to each one successively. A correlation canceller 27 such as a canceller is used. Reference signal R ′ (r1, T), R ′ (rTwo , T), ... R '(rn, T), the corresponding output of the correlation canceller 27 Is input to a “square” operation 28 which squares the output of the correlation canceller 27. It is. The output of the square operation 28 is provided to an integrator 29 and An output signal (sum of squared values) is formed. The accumulated output signal is then output to the extreme value detection means. 31 is input. The purpose of the extreme value detecting means 31 is as shown in FIGS. 7B and 7C. By observing the coefficient that gives the maximum value in the output signal, r1, RTwo... rnof Set to signal coefficient raAnd rvIs to choose. In other words, the correlation scan The coefficient that provides the maximum integrated output such as energy or power from the serra 27 is The minimum correlation between the primary and secondary signal parts according to the signal model of the present invention is Signal coefficient raAnd rvCorresponding to Minimum value or minimum value in the accumulated output signal Providing change1, RTwo... rnThe coefficients from the set ofaAnd rvToss System geometries that need to be positioned You.   Using a plurality of coefficients in the processor of the present invention together with the correlation canceller 27 Signal coefficient raAnd rvIs determined by using the characteristics of the correlation canceller. Can be demonstrated. x, y, and z are arbitrary sets of three signals that vary with time. Given that, the properties (Property) C (x, y) of some correlation cancellers are It can be defined as:   Property (1) C (x, y) = 0 When x, y are correlated (34a)   Property (2) C (x, y) = xx When x and y are not correlated (34b)   Property (3) C (x + y, z) = c (x, z) + c (y, z) (34c) If the properties (1), (2), and (3) are used, the measurement signal Sλa(T) or Sλ b (T) and a plurality of reference signals R ′ (r) corresponding to one of the inputs.1, T), R '( rTwo, T), ... R '(rn, T) having a second input corresponding to each successive one of The energy or power output of the canceller is the primary criterion s' (t) and the secondary criterion Signal coefficient r required to generate n '(t)aAnd rvDemonstrating that you can determine It is easy. The measurement signal S as a first input to the correlation cancellerλa(T), A plurality of reference signals R ′ (r1, T), R ′ (rTwo, T), ... R '(rn, T) , The output C (S) of the correlation canceller for j = 1, 2,.λa( t), R '(rj, T)) can be written as: C (sλa(T) + nλa(T), sλa(T) -rjsλb(T) + nλa(T)- rjnλb(T)) (35) Here, j = 1, 2,..., N, and the following equation was used. R '(r, t) = Sλa(T) -rSλb(T) (36) Sλa(T) = sλa(T) + nλa(T) (37a) Sλb(T) = sλb(T) + nλb(T) (37b)   By using Property (3), we can expand Equation (35) into two terms You. C (Sλa(T), R '(r, t)) = C (sλa(T), sλa(T) -rsλb (T) + nλa(T) -rnλb(T)) + C (nλa(T), sλa(T) -rsλb (T) + nλa(T) -rnλb(T)) (38) Using Property (1) and (2), the output of the correlation canceller is defined as follows: It is. C (Sλa(T), R '(rj, T)) = sλa(T) δ (rj-Ra) + Nλa(T) δ (rj-Rv) (39) Here, δ (x) is a unit impulse function.         When δ (x) = 0 x ≠ 0         δ (x) = 1 When x = 0 (40)   Output C (Sλa(T), R '(rj, T)) is the time variable t Can be omitted by calculating the energy or power of Correlation The output energy of the canceller is defined as follows. Eλa(Rj) = ∫CTwo(Sλa(T), R '(rj, T) dt                       = Δ (rj-Ra) ∫sTwo λa(T) dt                         + Δ (rj-Rv) ∫nTwo λa(T) dt (41a)   The measurement signal S as a first input to the correlation cancellerλbSelect (t) and likewise A plurality of reference signals R ′ (r1, T), R ′ (rTwo, T), ... R '(rn, T) It should be understood that the selection was equally successful. In this case, the correlation canceller energy Energy output is Eλb(Rj) = ∫CTwo(Sλb(T), R '(rj, T) dt                     = Δ (rj-Ra) ∫sTwo λb(T) dt                     + Δ (rj-Rv) ∫nTwo λb(T) dt (41b) It is.   In actual situations, not only continuous time measurement signals but also discrete time measurement signals It should also be understood that it can be used. A system for performing a discrete transform according to the invention The system will be described with reference to FIGS. When using discrete time measurement signals , Trapezoidal rule, midpoint rule, Tick's law, Simpson's Use an integral approximation method such as approximation or other techniques to reduce the energy Alternatively, it is possible to calculate the power output. In the case of discrete time signal measurement The energy output of the correlation canceller should be written using the trapezoidal rule as Can: tiIs the ith discrete time, t0Is the initial time, tnIs the final time, Δt is the discrete time Is the time between the measured sample and the sample.   The energy function of FIG. 7b defined above corresponds to the measurement signal Sλa(T) or Sλb (T) and a plurality of reference signals R ′ (r1, T), R ′ (rTwo, T), ... R '(rn, T) many Indicates that the output of the correlation canceller is normally zero. However, the energy function is based on the reference signal R '(rj, T) the primary signal part sλa(T) and sλb(T) or secondary signal part nλa(T) and nλb(T) R corresponding to any cancellationjIs not zero for the value of. These values are Number raAnd rvCorresponding to   Primary signal part sλa(T) and sλb(T) or secondary signal part nλa(T) and nλbThere is a time when any of (t) is equal to or almost zero I want to be understood. In such a case, only one signal coefficient value is Provide maximum energy or power output. The biggest energy of correlation canceller Ambiguous because there can be more than one signal coefficient value that provides power or power output. Situations can occur. The signal coefficient together with the criterion function R ′ (r, t) is a primary Providing any of the following criteria cannot be immediately clarified. In this case Requires the use of physical system constraints. For example, a pulse oximeter Measurements show that arterial blood with the characteristics of primary plethysmographic waves is Alternatively, it has a greater oxygen saturation than venous blood having the characteristics of a random signal. Therefore, in pulse oximetry, the primary signal ratio r due to arterial pulsationa= Sλa(T) / sλb (T) is the smaller of the two signal coefficient values, while mainly the venous blood Secondary signal ratio r due to liquid flowv= Nλa(T) / nλb(T) is two signals This is the larger of the coefficient values. λa = 660 nm and λb = 910 nm Suppose there is. In the actual implementation of multiple reference signals and cross-correlation techniques, the Property (Characteristics) The ideal features listed above as (1), (2) and (3) are exactly Not satisfied, an approximation of that. Thus, this embodiment of the invention is actually implemented And the energy curve of the correlation canceller shown in FIG. Rather than consist of a function, a finite width can be associated as shown in FIG. 7c.   Signal coefficient that produces the maximum energy or power output from the correlation canceller It should also be understood that there can be more than two values. This situation , Occurs when each measurement signal contains more than two components, where each component is Related by ratio: here, fλa, i(T) = rifλb, i(T)                                 i = 1 ...., nri≠ rj It is.   Therefore, use of a reference signal together with a correlation canceller such as an adaptive noise canceller Decomposes the signal into two or more signal components, each related by one ratio can do.Preferred correlation canceller using implementation of joint process estimator   Either the secondary criterion n '(t) or the primary criterion s' (t) Once the decision is made, the correlation canceller can be used in either hardware or software. This can be done in any case. The preferred implementation of the correlation canceller is a joint process estimator. Performing an adaptive noise canceller using stages.   The internal processor 32 described above with the adaptive noise canceller of FIGS. It is relatively easy to perform the least mean square (LMS) of Lack of desirable application speed for most applications of dynamic monitoring You. Therefore, in one embodiment, the least squares lattice type combined process estimator model Use a faster adaptive noise cancellation method called. Joint process estimation Means 60 is illustrated in FIG. 8 and Prentice-Hall is copyrighted "Adaptive F" by Simon Haykin, published in 1986 See Chapter 9 of "ilter Theory". Support the entire contents of this book, including Chapter 9 As part of the present invention.   The function of the combining process estimator is that the measurement signal Sλa(T) or Sλb(T) Secondary signal part nλa(T) or nλb(T) or primary signal part sλa(T ) Or sλb(T), and the primary signal approximation s "λa(T) Be young Is s "λb(T). Therefore, the joint process estimator is , Primary signal sλa(T) or sλb(T) or secondary signal nλa(T) Be young Is nλbEstimate any value of (t). Input to the joint process estimating means 60 Is either the secondary criterion n ′ (t) or the primary criterion s ′ (t) and the composite measurement signal Sλ a (T) or Sλb(T). Its output is the secondary or primary signal The signal S from which either has been removedλa(T) or SλbValid approximation to (t) Ie, sλa(T), sλb(T), nλa(T), nλbValid for (t) It is an approximation.   The combination process estimating means 60 shown in FIG. Used together with the data 80. Either the secondary reference signal n '(t) or the primary reference s' (t) Are input to the least-squares lattice type prediction means 70, and the measurement signal Sλa(T) or Sλb(T) is input to the regression filter 80. For convenience in the following description First, the primary part sλa(T) or secondary part nλaThe measurement signal for which one of (t) is estimated is Sλa(T). Only Then Sλb(T) is input to the regression filter 80 to obtain the primary part s of this signal.λb(T ) Or secondary part nλb(T) can also be estimated.   The combining process estimator 60 determines whether the reference n ′ (t) or s ′ (t) and the measurement signal Sλa Remove all frequencies present in both of (t). Secondary signal part nλa(T) is Usually the primary signal part sλaIncludes frequencies unrelated to the frequency of (t). Second letter No. part nλa(T) is the primary signal part sλaIf it contains exactly the same spectrum as (t) It cannot be said. However, sλa(T) and nλa(T) is the same In situations (likely unlikely) involving similar spectra, this method will give accurate results. I can't. Functionally, the combining process estimator 60 comprises a second signal part nλa(T ) Or primary signal part sλaReference input signal n '(t) correlated with any of (t) Or s' (t) and the input signal SλaComparing (t), all frequencies that are the same Remove. Therefore, the joint process estimating means 60 is a dynamic multi-notch filter. And secondary signal components n as they change concomitantly with patient movementλa(T) Primary signal component when removing frequencies in the signal or changing with the patient's arterial pulsation sλaFor example, the frequency in (t) is removed. Thereby, the primary signal sλa(T ) Or secondary signal nλaSignal having substantially the same spectral components as any of (t) No. is obtained. Therefore, the output s ″ of the combining process estimation means 60λa(T) Be young Is n "λa(T) is the primary signal sλa(T) or secondary signal nλa(T) no This is a very useful approximation to that.   The combining process estimator 60 starts at the zero stage as shown in FIG. The stage ends with the m-th stage. Each stage except for the zero stage The tage is the same as all other stages. Zero stage is a joint process estimator Stage 60 is an input stage. The first stage to the m-th stage are By acting on the signal generated at the (m-1) th stage, Effective primary signal approximation s "λa(T) or secondary signal approximation n ″λa(T) is the m-th Generated as stage output.   The least-squares lattice type prediction means 70 includes registers 90 and 92 and an addition element 1 00 and 102 and a delay element 110. Registers 90 and 92 are Reflection coefficient Γf, m(T) and the back reflection coefficient Γb, m(T) Is the reference signal n '(t) or s' (t) and these reference signals n '(t) or s' (t) Is multiplied by the signal obtained from Each state of the least squares grid type prediction means Is the forward prediction error fm(T) and backward prediction error bm(T) is output. The subscript m is Show the stage.   For each sample set, ie the measurement signal SλaAbbreviated as one sample of (t) For one sample of the simultaneously derived reference signal n '(t) or s' (t), The sample of the reference signal n ′ (t) or s ′ (t) is used as the least square lattice type prediction means 70. Is input to Zero stage forward prediction error f0And zero-stage backward prediction error b0(t) is set equal to the reference signal n '(t) or s' (t). rear Prediction error b0(t) is delayed in the first stage of the least square lattice type prediction means 70. Delayed by the delay element 110 by one sample period. Therefore, the criterion n '(t) Alternatively, the value immediately before s ′ (t) is calculated using the first stage delay element 110. Used in The forward prediction error of the zero stage is the forward reflection coefficient value Γf, 1( t) Delayed zero stage backward prediction error b multiplied by register 90 value0(t-1) Is added to the negative value, the forward prediction error f of the first stage1(t) is generated. further , Zero stage forward prediction error f0(t) is the back reflection coefficient Γb, 1(T) Register 9 Multiplied by 2 and the delayed backward prediction error b of the zero stage0added to (t-1) , The backward prediction error b of the first stage1(T) is generated. Least-squares lattice predictor At each stage m after stage 70, the previous forward prediction error value fm-1(t) and 1 Backward prediction error value b delayed by the sample periodm-1Using (t-1), the current status Forward prediction error fm(T) and backward prediction error bmThe value of (t) is generated.   Backward prediction error bm(T) is supplied to the cooperating stage m of the regression filter 80. Where the regression coefficient value κm, λa(T) is input to the register 96. For example, times In the zero stage of the recursive filter 80, the zero stage backward prediction error b0Zero at (t) Stage regression coefficient k0, λaThe value of the register 96 shown in FIG. The signal SλaSubtract from the measured value of (t) to estimate the first stage Error signal e1, λa(T) is generated. First stage estimation error signal e1, λa(T) Is the first approximation to either the primary signal or the secondary signal. This first Estimated stage error signal e1, λaIs input to the first stage of the regression filter 80. You. First stage regression coefficient κ1, λaThe first multiplied by the value of the register 96 of (t) Stage backward prediction error b1(T) is the first stage error signal e1, λaSubtract from (t) And the estimation error e of the second stage2, λa(T) is generated. Second stage promotion Constant error signal e2, λa(T) is the primary signal sλa(T) or secondary signal nλa(T ) Is a somewhat better second approximation to either of these.   Primary signal sλa(T) or secondary signal nλaA valid approximation e to (t)m λa Until (t) is determined, the least squares lattice type prediction means 70 and the regression filter 8 At 0, the same process is repeated for each stage. Forward prediction error fm(T) , Backward prediction error bm(T), estimated error signal em, λaEach of the above signals, including (t), Forward reflection coefficient at each stage mf, m(T), back reflection coefficient Γb, m(T), times Regression coefficient κm, λaIt is necessary to calculate the values of the registers 90, 92 and 96 of (t). is there. Forward reflection coefficient Γf, m(T), back reflection coefficient Γb, m(T) and regression coefficient κm, λ a To calculate the values of the registers 90, 92 and 96 of (t), the forward prediction error fm( t), backward prediction error bm(T), estimated error signal em λa(T) In addition to the signal A large number of intermediate variables (not shown in FIG. 8) based on the values shown in FIG. You.   The intermediate variable is the weighted sum of the squares of the forward prediction error Fm(T), the backward prediction error Squared weighted sum Bm(T), scalar parameter Δm(T), conversion factor γm (T) and another scalar parameter ρm, λa(T). Weight of forward prediction error Finding total Fm(T) is defined as follows: In the above formula, λ having no wavelength identifier, ie, a or b, is a constant power regardless of wavelength. It is a calculated value, typically 1 or less, that is, λ ≦ 1. Backward prediction error Bm(T) The weighting error is defined as: In the above formula, λ having no wavelength identifier, ie, a or b, is a constant power regardless of wavelength. It is a calculated value, typically 1 or less, that is, λ ≦ 1. Haykin mentioned above As described in Section 9.3 of the book and later defined in equations (59) and (60). So that these weighted sum intermediate error signals can be determined more easily can do.Explanation of the joining process estimation means   The operation of the combining process estimating means 60 is as follows. Binding process When the estimating means 60 is turned on, the parameter Δm-1(T), the forward prediction error signal Weighted sum Fm-1(T), weighted sum B of backward prediction error signalsm-1(T), para Meter ρm, λa(T) and the estimation error e of the zero stage0, λaIntermediate variables including (t) Initial values and numbers are initialized to zero, some to zero, Some are initialized to the number δ of Δm-1(0) = 0; (46) Fm-1(0) = δ; (47) Bm-1(0) = δ; (48) ρm, λa(0) = 0 (49) e0, λa(T) = Sλa(T) When t ≧ 0 (50)   As shown in FIG. 8, after initialization, the measurement signal Sλa(T) or Sλb(T ) And either the secondary criterion n ′ (t) or the primary criterion s ′ (t) It is input to the combining process estimating means 60. Forward prediction error for zero stage Signal f0(t) and backward prediction error signal b0(t) and the weighted sum F of the forward error signal0( t) and the weighted sum B of the backward error signal0Intermediate variables including (t) and conversion factor γ0( t) is calculated by: f0(T) = b0(T) = n '(t) (51a) F0(T) = B0(T) = λF0(T-1) + | n '(t) |Two              (52a) γ0(T-1) = 1 (53a) If the secondary criterion n '(t) is used, then: f0(T) = b0(T) = s' (t) (51b) F0(T) = B0(T) = λF0(T-1) + | s' (t) |Two              (52b) γ0(T-1) = 1 (53b) Even when the primary criterion s ′ (t) is used, λ without the wavelength identifier a or b It is a constant multiplication value that is not relevant.   Forward reflection coefficient at each stage Γf, m(T), back reflection coefficient Γb, m(T) and And regression coefficient κm, λaThe values of registers 90, 92 and 96 in (t) are then Set according to the output of the page. Forward reflection coefficient in the first stage Γf, 1( t), the back reflection coefficient Γb, 1(T) and regression coefficient κ1, λa(T) register 90, The values of 92 and 96 use the values at the zero stage of the joint process estimator 60. And set according to the algorithm. In each stage of m ≧ 1, Data Δm-1(t), forward reflection coefficient Γf, m(T) the value of the register 90, the back reflection coefficient Γb, m (T) value of register 92, forward error signal fm(T) and bm(T), Haiki Weighted sum of the squares of the forward prediction error F treated in section 9.3 ofm, t (T), the square of the backward prediction error, treated in Section 9.3 of the Hikin reference. Weighted sum Bb, m(T), conversion factor γm(T), parameter ρm, λa(T) , The regression coefficient κm, λa(T) Register 96 value and estimated error em + 1, λa(T); The intermediate value and the register value including the value of are set according to: here,(*) Indicates a complex conjugate.   From these equations, the error signal fm(T), bm(T), em, λa(T) is squared Are multiplied by each other, and by squaring the error, Δm-1New intermediate errors such as (t) A value is generated. The error signal and the intermediate error value are as shown in the above equations (54) to (64). Are recursively joined together. They minimize the error signal in the next stage Interact as you do.   Primary signal sλa(T) or secondary signal nλaValid for any of (t) After the approximation is determined by the combining process estimator 60, the measurement signal Sλa(T) Includes samples and samples of either the secondary criterion n '(t) or the primary criterion s' (t) The next set of samples is input to the combining process estimator 60. Forward reflection coefficient Γf, m(T) and the back reflection coefficient Γb, m(T) Registers 90 and 92 values and regression coefficient κm, λaThe value of the register 96 at (t) is the value of the previously input SλaSample of (t) Primary signal part sλa(T) or secondary signal part nλaEstimate any of (t) The reinitialization process occurs again, as it reflects the multiplication values needed to perform No. Therefore, using the information from the previous sample, Either the primary signal part or the secondary signal part of the reset is estimated.   In a more numerically stable and preferred embodiment of the joint process estimator described above, A normalization combined process estimator is used. This version of the combined process estimator The joint process estimator described above is used so that the normalized variable is between -1 and 1. Normalize some variables. The normalized combined process estimator uses the following conditions: By redefining the variables defined by The operation is performed as shown in the title 12.   With this modification, equations (54) to (64) can be converted into the following normalization equations. Initialization of means for estimating the normalized joint process   The reference noise input at the time index t is N (t), and the time index t is Assuming that the combined signal obtained by adding the inputted noise is defined as U (t), (See Hykin's text on page 619):       1. At time t = 0, the algorithm is initialized as follows       2. At each time t ≧ 1, various zero-order variables are generated as follows: You.       3. For regression filtering, at time index t = 0, To initialize the algorithm.       4. Generate a zero-order variable at each time t ≧ 1   Therefore, the normalized joint process estimator is used for more stable systems. Can be done.   In another embodiment, the correlation cancellation is illustrated in FIG. Simon Ha, published in 1986, copyrighted by Prentice-Hall This is described in detail in Chapter 18 of "Adaptive Filter Theory" by Simon Haykin. This is performed using a QRD algorithm.   The following equation applied from the Hikin reference corresponds to the QRD-LSL diagram of FIG. (This figure is also applied from the Hikin reference.) Calculation     a. Prediction: time t = 1, 2,..., And prediction order m = 1, 2,. Calculate the following for the final predicted order):     b. Filtering: orders m = 0, 1,..., M−1 and times t = 1, 2, The following is calculated for ...       5. Initialization     a. Initialization of auxiliary parameters: For orders m = 1, 2,. Cut.     b. Lightly constrained initialization: For orders m = 0, 1,. To     Here, δ is a small positive constant.     c. Data initialization: For t = 1, 2,..., The following is calculated.     Here, μ (t) is an input at time (t), and d (t) is time (t). Response.Flow chart of joint process estimation   This is used to determine the reference n ′ (t) or s ′ (t) input to the correlation canceller. In a signal processor such as a physiological monitor with the reference processor of the invention, the coupling processor An adaptive noise canceller of the type of process estimator 60 is a source having an iterative loop. It is generally executed via a software program. One iteration of the loop , Analogous to the single stage of the combined process estimator shown in FIG. Therefore, Lou If the loop is repeated m times, it becomes equal to m stages of the joint process estimator 60.   Measurement signal Sλa(T) primary signal part sλa(T) or secondary signal part nλa FIG. 9 shows a flowchart of a subroutine for estimating (t). This flow The criterion plate determines which of the secondary criterion n '(t) or primary s' (t) The function of the processor is shown. The flowchart of the combined process estimation means Executed by the software.   When the physiology monitor is turned on, block 120 indicates “Initialize Noise Canceller. , The first initialization is executed. Initialize all cash registers Stars 90, 92 and 96 and delay element variable 110 are described above in equations (46)-(50). Is set to the specified value.   Then, the composite measurement signal Sλa(T) and SλbThe set of simultaneous samples in (t) , Are input to a subroutine shown in the flowchart of FIG. Then, delay An update of each time of the increment program variable occurs, which occurs at block 130 "[Z-1[Update element time] operation. Delay element The value stored in each of the Is set to the value Therefore, the backward prediction error b of the zero stage0(t) is the first Stored as a delay element variable of the first stage, the first stage backward prediction error b1(t ) Is stored as a delay element variable in the second stage, and so on. Done.   Then, the measurement signal sample Sλa(T) and SλbUsing the set of (t), the ratio The reference signal is obtained using a ratiometric or constant saturation method described above. this is, Block 140 "reference for two measurement signal samples [n '(t) or s' (t)] calculation.   Next, as indicated by the "zero stage update" operation of block 150, The page is updated. Zero stage backward prediction error b0(t) and zero stage Forward prediction error f0(t) is equal to the value of the reference signal n ′ (t) or s ′ (t). Set. Further, a weighted sum F of forward prediction errorsm(T) and backward prediction Error weighting error Bm(T) equals the value defined by equations (47) and (48) Is set as follows.   Then, as indicated by the "m = 0" operation of block 160, the loop counter m Is initialized. Used by the subroutine corresponding to the flowchart of FIG. The maximum value of m that defines the total number of stages is also defined. Typically, the primary signal Or a criterion to converge to the best approximation for any of the secondary signals. A loop is configured to stop the repetition once the data estimating means 60 is satisfied. Further Then, the maximum number of loop iterations at which the loop stops an iteration may be selected. Physiology of the present invention In a preferred embodiment of the biological monitor, the maximum number of iterations is selected from m = 6 to m = 10. Advantageously.   In the loop, the order of the m-th cell of the LSL lattice type in block 170 of FIG. Update operation, as shown by the forward reflection coefficient Γf, m(T) and back reflection Numberb, mThe values of registers 90 and 92 of (t) are first calculated. This includes the current , The next stage, and registers 90, 92 and Calculation of the intermediate variables and signal values used to determine the 96 values is required.   In block 180, Update mth order of regression filter (s) As shown, the value κ of the regression filter register 96 is thenm, λa(T) is calculated Is done. m is its predetermined maximum value (in this preferred embodiment, m = 6 or m = 10 ) Or indicated by the YES path from the "execute" decision of block 190. The two order update operations of blocks 170 and 180 until the values converge as The operation is executed m times in succession. In the computer subroutine, the weight of the forward prediction error Finding total Fm(T) and weight B of backward prediction errorm(T) is a small positive By checking if it is less than a number, convergence is determined. block The output is then calculated, as indicated by 200 "Calculate output". Figure 9 and the combined process estimating means 60 corresponding to the flowchart of FIG. This output is the primary or secondary signal, as determined by the subroutine Is a valid approximation to either Shown in block 210, Display This output is displayed (or summed by another subroutine) as Used in arithmetic).   Two measurement signals Sλa(T) and SλbThe new sample set of (t) is shown in FIG. Of the processor and the joint process estimating means 60 corresponding to the flowchart of FIG. Is input to the is canceller subroutine, and processing is Will be restored. Note, however, that the initialization process is not performed again . Measurement signal sample Sλa(T) and SλbThe new set of (t) is To the adaptive noise canceller subroutine. Is entered. The output forms a sample chain representing a continuous wave. This waveform Primary signal waveform s at wavelength λaλa(T) or secondary signal waveform nλa(T) A valid approximation to either. The waveform is also the primary signal wave at wavelength λb. Shape sλb(T) and secondary signal waveform nλbA valid approximation to any of (t) possible.   The flowchart corresponding to the QRD algorithm of FIG. This is shown in FIG.Calculation of saturation from output of correlation canceller   The physiologic monitor has a primary signal s "λa(T) or s "λb(T) or secondary credit No. n "λa(T) or n "λbUsing the approximation of (t), one or more components Calculate another quantity, such as the saturation of one component in a given volume containing the component. Generally, such calculations involve either primary or secondary signals at two wavelengths. We need information about the gap. For example, in the constant saturation method, the measurement signal Sλ a (T) and SλbPrimary signal portion s of both signals of (t)λa(T) and sλb(T) A valid approximation is needed. The arterial saturation is an approximation for both signals, ie, s ″λa( t) and s "λb(T). The constant saturation method also applies to the secondary signal part nλa(T) or nλbRequires a valid approximation of (t). Vein satiety An estimate of the union is an approximation to these signals, ie, n ″λa(T) and n "λb(T ) Can be determined.   FIG. 10 shows a combined process estimator having two regression filters 80a and 80b. Step 60 is shown. The second regression filter 80b is used according to the constant saturation method. Measurement signal Sλb(T) to determine the reference signal n ′ (t) or s ′ (t) You. The first regression filter 80a and the second regression filter 80b are independent. Backward Prediction error bm(T) is input to each of the regression filters 80a and 80b, An input to the filter 80b bypasses the first regression filter 80a.   The second regression filter 80b is arranged similarly to that of the first regression filter 80a. Register 98 and an adder element 108. The second regression filter 80b is Operates via additional intermediate variables with those defined by equations (54)-(64) . That is, ρm, λb(T) = λρm, λb(T-1) + {bm(T) e* m, λb(T) / γm(T) } (65) And ρ0, λb(0) = 0 (66) It is. The second regression filter 80b calculates the error signal value e of the first regression filter.m + 1, λa It has an error signal value defined similarly to (t). That is, em + 1, λb(T) = em, λb(T) -κ* m, λb(T) bm(T); (67) as well as, e0,λb(T) = Sλb(T) When t ≧ 0 (68) It is. The second regression filter is defined similarly to the error signal value of the first regression filter. Regression coefficient κm, λb(T) The register has 98 values. That is, κm, λb(T) = {ρm, λb(T) / Bm(T)} (69) It is. These values are the intermediate variable values, signal values, and registers defined by equations (46) to (64). And register values. These signals are similar to the wavelength λa. Calculated at the order specified by placing an additional signal immediately next to the signal .   In the constant saturation method, Sλb(T) is input to the second regression filter 80b. This output is the primary signal s "λb(T) or secondary signal s "λbYes for (t) This is a valid approximation.   Even if the second regression filter 80b is added, it is shown by the flowchart of FIG. The computer program subroutine remains substantially unchanged. Only one regression Instead of updating the order of the mth stage of the filter, a regression filter 80a and The order of the m-th stage of both filters of 80b is updated. This is shown in FIG. Of the m-th stage of the regression filter (s) "Update degree" is characterized by multiple displays of filters. Regression filter Since 80a and 80b operate independently, the model Reference processor and combined process estimating means 60 Independent calculations can be performed in the sumbu routine.   The result of FIG. 10 using the QRD algorithm and using two regression filters Another diagram of the combined process estimator is shown in FIG. 10a. This type of join process The estimating means is a correlation cap using the QRD algorithm described in the Hikin reference. Used for cancel.Calculation of saturation   Valid approximation s "for the primary or secondary signal partλa(T) and s "λb(T) or n "λa(T) and n "λb(T) is a combined process estimating means Once 60 is determined, for example, AFiveAnd A6A in the volume containingFiveSaturation of The degree can be calculated according to various known methods. Arithmetic, approximation to primary signal Is described using λa and λb as follows: s "λa(T) ≒ εFive, λacFivex5,6(T) + ε6, λac6x5,6(T) (70) as well as, s "λb(T) ≒ εFive, λbcFivex5,6(T) + ε6, λbc6x5,6(T) (71) Equations (70) and (71) provide three unknown values, cFive(T), c6(T) and x5,6(T )). AFiveAnd A6A in the volume containingFiveDegree of saturation And AThreeAnd AFourA in the volume containingThreeThe saturation of which does not substantially change Different but close time t1And tTwo, The primary signal part or the secondary signal The saturation can be determined by obtaining an approximation to the part. For example, for primary signals Then time t1And tTwoIs estimated as follows: Then, different signals related to the signals of equations (72)-(75) may be determined. That is: Here, Δx = x5,6(T1) -X5,6(TTwo). Time t = (t1+ TTwo) / 2 The average saturation at is: It is. It is understood that the Δx term has been omitted from the saturation calculation due to the division. Therefore To calculate the saturation, it is not necessary to know the thickness related to the primary component.Pulse oximetry   Using the processor of the present invention, the secondary signal portions that have been triggered Physiological monitor that determines the secondary criterion n '(t) that is input to the correlator canceller A specific example of a parameter is pulse oximetry. Using the processor of the present invention, Primary signal that can be used to play or input to the correlation canceller Signal criterion s' (t) to provide information on patient activity and venous blood oxygen saturation. Outgoing pulse oximetry may also be performed.   Typically, pulse oximetry is performed, for example, on the earlobe, fingers, fins, or fetal scalp. It propagates energy through the medium through which blood flows near such surfaces. Enel After the energy propagates through or is reflected from the medium, the attenuation signal is measured. pulse Oxygen measurement estimates the saturation of oxygen-containing blood.   Fresh oxygenated blood flows high from the heart to the arteries for use by the body. Sent out by pressure. Blood volume in the arteries changes with heart rate, and this change is Or a change in energy absorption in the pulse.   Depleted or deoxygenated blood can be used together with unused oxygenated blood. Returned to the heart by veins. Intravenous blood volume changes with respiratory rate, and respiratory rate It is typically much slower than your heart rate. Therefore, the vein thickness changes If not, venous blood causes low frequency changes in energy absorption. vein Low frequency changes in energy absorption when the thickness of Are coupled with the concomitant change in energy absorption due to motion artifacts.   In absorption measurement using energy propagation in a medium, blood flows near a surface such as a finger. Two light emitting diodes (LEDs) on one side of the body part Is provided with a photodetector. Typically, in pulse oximetry, one LE D emits a visible wavelength, preferably the red light wavelength, and the other LED emits an infrared wavelength. I do. However, those skilled in the art will recognize that other wavelength combinations may be used. Will understand. Fingers include skin, tissue, muscle, arterial and arterial blood, fat, etc. Each of which has different absorption coefficients, different concentrations, different thicknesses, and changes in optical path length. Absorbs light energy differently depending on Blood if the patient is not moving Except for the flow, the absorption is substantially constant. Constant through traditional filtering technology The attenuation is determined and subtracted from the signal. When the patient works, the background flow Optical path length due to body movement (eg, venous blood with a different saturation than arterial blood) Change occurs. Therefore, the measurement signal is adjoint. Incidental The noise generated by the operation is typically pre-determined via conventional filtering techniques. Cannot be determined and / or cannot be subtracted from the measurement signal No. Therefore, it becomes more difficult to determine the oxygen saturation of arterial and venous blood .   Schematic diagrams of a physiological monitor for pulse oximetry are shown in FIGS. FIG. FIG. 2 shows a general hardware block diagram of a pulse oximeter 299. Sensor 300 is L It has two light emitters 301 and 302 such as ED. LE that emits red wavelength light D301 and another LED 302 emitting infrared wavelength light are located adjacent to the finger 310 You. Generates electrical signals corresponding to attenuated visible and infrared light energy The resulting photodetector 320 is located on the opposite side of the LEDs 301 and 302. Light detection The device 320 is connected to the pre-analog signal conditioning circuit 330.   The pre-analog signal adjustment circuit 330 is connected to the analog-digital conversion circuit 332. Connect the output. The analog-digital conversion circuit 332 performs digital signal processing. The output is connected to the management system 334. Digital signal processing system 334 is It provides the desired parameters as output to display 336. For example, day Outputs for spraying include blood oxygen saturation, heart rate, and clear plethysmography. Waveform.   The signal processing system also supplies the digital-to-analog conversion circuit 338 with an emitter voltage. A current control output 337 is provided, and the digital-to-analog The control information for the driving circuit 340 is provided. The light emitter driving circuit 340 controls the light Connected to emitters 301 and 302. The digital signal processing system 334 is Also, a gain control output 342 for the pre-analog signal conditioning circuit 330 is provided.   FIG. 11a shows an emitter driving circuit 340 and a digital-analog conversion circuit 338. 3 shows a preferred embodiment of the combination of. As shown in FIG. 11a, the driving circuit First input latch 321, second input latch 322, synchronization latch 323, voltage reference 324, digital-analog conversion circuit 325, first switch bank 326, Two switch bank 327, first voltage-current converter 328, second voltage-current converter 329 and the LED emitters 3 corresponding to the LED emitters 301 and 302 in FIG. 01 and 302.   The preferred drive circuit shown in FIG. The present invention has found that most of the It is useful in that. Therefore, the emitter driving circuit of FIG. It is designed to minimize the noise from 302. A first input latch 321 and The second input latch 324 is connected directly to the DSP bus. So these latches Is the bandwidth present on the DSP bus leading to the drive circuit of FIG. ) Is considerably minimized. The outputs of the first input latch and the second input latch are It only changes when the latches detect their address on the DSP bus. The first input latch sets the digital-to-analog conversion circuit 325. receive. The second input latch is a switch for switch banks 326, 327. Receiving control data. The synchronization latch operates and activates the emitters 301 and 302. Receiving a synchronization pulse to maintain synchronization of the operation of the analog-to-digital conversion circuit 332 Take away.   The voltage reference also provides a low noise DC to digital-to-analog conversion circuit 325. Selected as voltage reference. Furthermore, in this embodiment, the voltage reference is very low Low-pass output filter with corner frequency (1 Hz in this embodiment, for example) Data. The digital-to-analog converter 325 also has a very low corner circumference. It has a low pass filter with a wave number (eg 1 Hz) at its output. Digital The analog-to-analog conversion circuit provides a signal to each of the emitters 301, 302. You.   In the present embodiment, the outputs of the voltage-current conversion circuits 328 and 329 are in a folded configuration. Only one of the emitters 301, 302 to be connected may be Switched to work on time. In addition, the voltage-current conversion circuit Switch off its input to the mitter so that it does not operate completely. This reduces noise from the switching circuit and the voltage-current conversion circuit. . In the present embodiment, a low noise voltage-current conversion circuit is selected (for example, Op 27 Op A mps), feedback to have a low pass filter to reduce noise A group is formed. In the present embodiment, as described later, the voltage-current conversion circuit The low pass filtering function of the paths 328 and 329 It has a corner frequency slightly higher than 625 Hz which is the switching speed. Therefore, FIG. The preferred drive circuit of a minimizes the noise of the emitters 301, 302.   Generally, each of the red light emitter 301 and the infrared light emitter 302 has energy And this energy is absorbed by the finger 310 and received by the photodetector 320. Taken. The photodetector 320 emits electrons corresponding to the intensity of light energy impinging thereon. Provide a signal. The pre-analog signal conditioning circuit 330 receives the intensity signal and These signals are adjusted for filtering as described. The signal obtained is The digital signal processing system 3 is provided to the analog / digital conversion circuit 332. 34 from an analog signal to a digital signal for further processing. You. Digital signal processing system 334 is referred to herein as "saturation conversion." Two signals are used to provide the conversion. Other than blood saturation monitoring For parameter monitoring, the saturation conversion depends on the desired parameters. It should be understood that concentration conversion, in vivo conversion, and the like are better. From the following description As will become apparent, the term saturation transformation is used to change the saturation The operation of converting the sample data into a threshold will be described. This embodiment , The output of the digital signal processing system 334 is Provide morphographic waveforms and provide oxygen saturation and pulse rate values to display 336 You.   It has been understood that different embodiments of the invention can provide one or more outputs. No. Digital signal processing system 334 also provides an emitter current control output 337. For driving the light emitters 301 and 302 together with the emitter current control signal at Provides control. This value is a digital value. The conversion circuit 338 converts the control signal to the emitter current drive circuit 340. Provide an issue. The emitter current drive circuit 340 includes a red light emitter 301 and an infrared light Providing a suitable current drive for the emitter 302. Physiological monitor operator Further details regarding the options are provided below. In this embodiment, the optical The driver is driven via the emitter current drive circuit 340 and is driven at 625 Hz Providing modulated optical transmission. In the present embodiment, the light emitters 301 and 302 It is detected by the detector and adjusted by the pre-analog signal adjustment circuit 330. Driven at power levels that provide acceptable strength. For a given patient, Once this energy level is determined by the digital signal processing system 334, The current levels of the red and infrared light emitters are kept constant. But However, in the room that affects the voltage input to the analog signal conditioning circuit 330, It should be understood that the current cannot be adjusted for changes in ambient light or other changes. Book In the invention, the red and infrared light emitters are modulated as follows: For one complete 5 Hz red light cycle, the red light emitter 301 の 間 cycle activated and the remaining / cycle turned off; 625 Hz For one complete infrared light cycle, the infrared light emitter 302 has a 1/4 cycle. And the remaining 3/4 cycle is turned off. Receive only one signal at a time For this reason, each of these emitters is 1/4 of a 625 Hz per cycle. It is operated only during the cycle, and is turned on and off alternately at intervals of 1/4 cycle.   Blood (or other sample medium) is pumped through finger 310 As a result, the optical signal is attenuated (amplitude modulated). Attenuated (amplitude modulated ) The signal is detected by the photodetector 3 at a carrier frequency of 625 Hz for red and infrared light. 20. Since only one photodetector is used, the photodetector 320 Receiving both the red light signal and the infrared light signal to form a composite time division signal You.   The composite time division signal is provided to a pre-analog signal conditioning circuit 330. Prefix The analog signal adjustment circuit 330 and the analog-to-digital conversion circuit 332 Further details are shown in FIG. As shown in FIG. 12, the pre-circuit 302 includes a preamplifier. 342, high pass filter 344, amplifier 346, programmable gain amplifier 348, and a low-pass filter 350. The preamplifier 342 is a photodetector 320 to convert the composite current signal into a corresponding voltage signal and amplify the signal. It is a simpedance amplifier. In the present embodiment, the amplifier simplifies the processing. To amplify the signal amplitude for the purpose. In the present embodiment, the auxiliary amplifier 34 The power supply voltages of No. 2 are -15 VDC and +15 VDC. As can be seen, the decay The signal shows ambient light as well as components that show infrared or red light depending on the time Including components. When light other than red light and infrared light exists near the sensor 300, Ambient light is detected by the light detector 320. Therefore, the gain of the preamplifier is Ambient light in the signal does not saturate the preamplifier under accurate and reasonable operating conditions To be selected.   In this embodiment, the preamplifier 342 is an AD74 manufactured by Analog Devices. Includes 3JR OpAmp. This transimpedance amplifier is suitable for the desired system. And some desirable features, such as; low equivalent input voltage noise, low equivalent input current noise. Noise, low input bias current, high gain bandwidth product, low total high frequency distortion, high common mode Exhibits rejection, high open loop gain, and high power rejection ratio It is particularly useful in that   The output of the preamplifier 342 is connected as an input to a high-pass filter 344. You. The output of the preamplifier is also supplied to an analog-to-digital conversion circuit 332 at a first input. 346 are provided. In the present embodiment, the high-pass filter has a frequency of about 1 / 2-1 Hz. It is a single pole filter with a corner frequency. However, in some embodiments, The corner frequency is easily increased to about 90Hz. As you can see, the red light signal 625Hz carrier frequency of signal and infrared light signal is more than 90Hz corner frequency Is also much higher. High pass filter 344 is coupled to amplifier 346 as input. Connect the output. In this embodiment, amplifier 346 includes a unit gain amplifier . However, the gain of the amplifier 346 depends on the variation of the single resistor. Adjustable. The gain of the amplifier 346 depends on the gain of the It is increased when it is reduced to compensate for the effect.   The output of amplifier 346 provides an input to programmable gain amplifier 348 . Programmable gain amplifier 348 also controls the gain on gain control signal line 343. A programming input from a digital signal processing system (DSP) 334 is received. The gain of the programmable gain amplifier 348 is digitally programmable. is there. The gain is initialized or the sensor configuration is changed because the test medium changes for each patient. Is dynamically adjusted. For example, the signals from different fingers are somewhat different. Therefore, Dynamically adjusted by programmable gain amplifier 348 to obtain a logically appropriate signal. A tunable amplifier is provided.   The programmable gain amplifier also has a separate emitter drive current that is held constant. It is also useful in the embodiment. In this embodiment, the analog-to-digital conversion To obtain the proper dynamic range at the input of circuit 332, the emitter drive The kinetic current is adjusted for each patient. However, changing the emitter drive current Changes the wavelength of the emitter, which in turn negatively affects the results of the oxygen measurement calculations. May be Therefore, the emitter drive current should be fixed for all patients. Will be useful. In another embodiment of the present invention, an analog-to-digital conversion circuit is provided. To obtain a signal that is properly within the dynamic range at the input, The ramable gain amplifier can be adjusted by the DSP. Thus the emitter The drive current is fixed for all patients and the wavelength shift due to changes in the emitter drive current. Can be reduced.   The output of programmable gain amplifier 348 is the input to low pass filter 350 Connected as Advantageously, low-pass filter 350 is 1 in this embodiment. It is a single-pole filter having a corner frequency of 0 kHz. This low pass filter Provides anti-aliasing in this embodiment.   The output of the low-pass filter 350 is sent to an analog-to-digital conversion circuit 332. A second input 352 is provided. FIG. 12 also shows the addition of an analog-digital conversion circuit. Shows additional disadvantages. In the present embodiment, the analog-digital conversion circuit 332 includes: First analog-digital conversion circuit 354 and second analog-digital conversion circuit 356. Advantageously, the first analog-to-digital conversion circuit 354 includes a first An input from the input 346 to the analog-to-digital conversion circuit 332 is received, and a second The analog-digital conversion circuit 356 is connected to the analog-digital conversion circuit 332. An input is received at a second input 352.   In one advantageous embodiment, first analog to digital conversion circuit 354 is diagnostic. Analog-digital conversion circuit. (By digital signal processing system The diagnostic work performed is performed when the input to the high-pass filter 344 is signal saturated. The output of the detector amplified by the preamplifier 342 to determine whether Is to read. In the present embodiment, the input to the high-pass filter 344 is saturated. When the condition occurs, the pre-analog signal conditioning circuit 330 provides a “0 (zero)” output. You. Alternatively, the first analog-to-digital conversion circuit 354 remains unused .   The second analog-digital conversion circuit 352 adjusts the signal from the pre-signal adjustment circuit 330. Receiving the trimmed composite analog signal and converting the signal to digital form. Book In an embodiment, the second analog-to-digital conversion circuit 356 includes a single channel Includes a Le-Sigma conversion circuit. In the present embodiment, CrystalSemicond uctor CS5317-KS delta-sigma analog-to-digital conversion Use a circuit. Such a conversion circuit is low cost and exhibits low noise characteristics Is useful in that More specifically, the delta-sigma conversion circuit comprises a noise modulator and And the decimation filter. The selected conversion circuit is , A second order analog delta-sigma modulator to provide noise shaping use. Noise shaping means that from flat response to higher frequency The noise at the lower frequencies by increasing the It refers to changing the noise spectrum. Then decimation (decimati on) The filter is reshaped to provide 16-bit performance at lower frequencies. High-frequency noise that has been cut. This conversion circuit generates 16 bits Data is sampled 128 times for each data word. Thus, the conversion circuit Provides excellent noise rejection, dynamic range and low frequency distortion, This is useful for critical measurement situations such as low perfusion and electrocautery.   Further, by using a single channel conversion circuit, two or more channels can be exchanged. There is no need to harmonize. The delta-sigma converter also enhances noise control Therefore, it is advantageous in exhibiting noise shaping. An example of analog-digital Tal conversion circuit is CS531 manufactured by Crystal Semiconductor 7 In the present embodiment, the second analog-digital conversion circuit 356 includes 20 The signal is sampled at a sample rate of kHz. 2nd analog-digital The output of the conversion circuit 356 converts the data samples at 20 kHz to a digital signal processing system. Provided on stem 334 (FIG. 11).   FIG. 13 shows the digital signal processing system 334 in detail. In this embodiment, , Digital signal processing system is microcontroller 360, digital signal Processor 362, program memory 364, sample buffer 366, data It includes a memory 368, a read-only memory 370, and a communication register 372. This implementation In an embodiment, the digital signal processor 362 is an analog devices company. AD21020. In the present embodiment, the microcontroller 360 Includes Motorola 68HCO5 built in program memory . In the present embodiment, the sample buffer 366 is 20 kHz sampled data from the data memory 36 8 is stored. In the present embodiment, the data memory 368 is a static random 32,000 words of the access memory (the word is 40 bits in this embodiment) Including).   The microcontroller 360 has a DSP via a conventional JTAG tap line. 362. The microcontroller 360 controls the program through the tap line. The boot loader for the DSP 362 is transferred to the program memory 364 and the DSP 3 62 is booted from the program memory 364. In the program memory 364 The boot loader in the read only memory 370 reads the operation instruction to the DSP 362. To the program memory 364. Advantageously, the program memory 3 64 is a very high speed memory for the DSP 362.   The microcontroller 360 controls the emitter current control via the communication register 372. Control and gain control signals.   14 to 20 illustrate the pulse rate performed by the digital signal processing system 334. It is a block diagram which shows the function of the operation of the oximeter 299. Signals to be described later The processing function is executed by the DSP 362 in the present embodiment, LA 360 provides system management. In this embodiment, the operation is software Hardware / firmware controlled. FIG. 14 shows the digital signal processing system 3 General operation performed on 20 kHz sample data input to 34 FIG. 4 is a block diagram showing typical functions. As shown in FIG. 14, the demodulation module 4 Demodulation indicated by 00 is first performed. Next, the decimation module 402 Is performed on the obtained data. Decimation In the data obtained from the operation, A predetermined statistic is performed as shown in FIG. The conversion is performed. Statistical operation performed data and saturation conversion operation The data that has been subjected to the saturation is represented by the saturation calculation module 408. Operations and pulse rate operations as indicated by the pulse rate calculation module 410 Sent to   In general, the demodulation operation separates the red and infrared signals from the composite signal. , 625 Hz carrier frequency, leaving raw data points. Decimation Raw data points are provided at 625 Hz intervals And the sample is 62. Reduced by a factor of 10 to 5 Hz samples. Decimeter The operation also provides some filtering on the sample. Statistical operations and saturation conversion operations are performed on the obtained data. Saturation, which is very resistant to motion artifacts and other noise in the signal The value is calculated. The saturation value is checked in the saturation calculation module 408 and the pulse Pulse rate and clear plethysmographic waveforms are obtained via the pulse rate module 410 You. For further details regarding the various operations, see FIGS. It will be described using FIG.   FIG. 15 shows the operation of the demodulation module 400. Demodulated signal format The result is shown in FIG. FIG. 15 shows one complete 625 Hz cycle of the composite signal And the first quarter cycle is the active red light and ambient light signal, 2 The first quarter cycle is the ambient light signal, and the third quarter cycle is active. The infrared signal and the ambient light signal, and the fourth quarter cycle is the ambient light signal. You. As shown in FIG. 15, when the sampling frequency is 20 kHz, A single full cycle at 625 Hz would yield 32 samples of 20 kHz data, ie, Eight samples related to red light and ambient light and eight samples related to ambient light 8 samples related to infrared and ambient light, and the final sample related to ambient light. 8 samples.   Since the signal processing system 334 controls the operation of the light emitters 300, 302, The whole system is synchronized. Data is demultiplexed (dMUX) module Using the time division demultiplex operation shown at 421, four 8 Simultaneously split (and thereby demodulated) into sample packets. One Eight sample packet 422 indicates the red light signal and the ambient light signal; the second eight samples Packet 424 shows the ambient light signal; third 8 sample packet 426 is attenuated Shows the infrared signal and the ambient light signal obtained; 3 shows an ambient light signal. The selection signal controls the demultiplex operation synchronously. At the input of the demultiplexing circuit 421, Divide into four subparts.   As shown in the add operation 430, 432, 434, 436 of FIG. As such, the sum of the last four samples from each packet is then calculated. This implementation In the embodiment, the last four samples are used in the analog-to-digital converter of the present embodiment. This is because the low-pass filter in the conversion circuit 356 has a set time. late Then, by collecting the last four samples from each eight-sample packet, The previous signal is clean. This addition operation is a product that enhances noise rejection. Provides arithmetic operations. As shown by the subtractor modules 438, 440 Then, if the sum of each ambient light sample is the sum of the red and infrared samples Is subtracted from the Subtraction operations reduce the amount of ambient light signal present in the data. Or attenuate. In the present embodiment, the operation of the subtraction modules 438 and 440 is performed. Provides about 20 dB of ambient light attenuation. Of the obtained red light and infrared light The sum is divided by four, as shown in the divide-by-4 modules 442,444. . Each value obtained is one sample of each of the 625 Hz red light signal and infrared light signal. I will provide a.   625 Hz carrier frequency removed by demodulation operation 400 Please understand that. 625 Hz support at the output of demodulation operation 400 The sample data is sample data without a carrier frequency. Nyquist sun To meet the pulling requirements, the human pulse is about 25-250 beats per minute, Or about 0. Less than 20Hz is necessary (understanding that it is 4Hz-4Hz) is there. Therefore, the resolution of 625 Hz in the decimation operation is 6 2. Reduced to 5 Hz.   FIG. 16 shows the operation of the decimation module 402. Red light The sample data of the red light signal and the infrared light signal Provided at 625 Hz to the buffer / filter 450, 452. In this embodiment, The red light signal and infrared light signal buffers / filters are 519 sample deep . Advantageously, buffer filters 450, 452 are continuous first in first out buffers. Function as a webcam. 519 samples are low-pass filtered It is. Preferably, low pass filtering is about 7 dB with about -110 dB attenuation. . It has a cut-off frequency of 5 Hz. Buffer / filter 450, 452 is 5 Form a finite impulse response (FIR) with coefficients for 19 taps You. To reduce the sampling frequency to 1/10, use the red light signal decimation module. 454 and infrared light decimation module 456, as shown in FIG. The calculation of the bandpass filter is performed every ten samples. In other words, each 10 When new samples are transferred to buffers / filters 450, 452, By multiplying the pulse response (coefficient) by 519 filter taps, A pass filter calculation is performed. By calculating each filter, the red light output buffer 4 58 and an output sample of the infrared light output buffer 460 are provided. In this embodiment The red light output buffer 458 and the infrared light output buffer 460 also It is also a continuous FIFO buffer that holds data samples. 570 Sump The infrared light sample and the red light sample or sample packet (in the text) Provides a “snapshot”). As shown in FIG. The buffer includes the statistical operation module 404 and the saturation conversion module 40 6, and sample data for the pulse rate module 410.   FIG. 17 shows the functional operation of the statistics module 404 in more detail. I have. In summary, the statistics module 404 includes a red light channel and an infrared light channel. Provide first order oximetry calculations and RMS signal values for the Statistics module It also provides a cross-correlation output that indicates the cross-correlation between the red light signal and the infrared light signal.   As shown in FIG. 17, the statistical operation removes the carrier frequency. Sample packets showing the attenuated infrared light signal and the red light signal (in this embodiment, Is 62. 570 samples at 5 Hz). Infrared light signal and red light Each packet of the signal is logged, as indicated by log modules 480,482. Is normalized using the function. After normalization, the DC removal modules 484, 486 The DC portion of the signal is removed, as shown by. In this embodiment, DC removal is Sample from each of the red and infrared light snapshots. Check the first one DC value and use this from all samples in each packet. Removing the DC value of.   When the DC signal is removed, the red light bandpass filter module 488 and the infrared light As shown by the optical bandpass filter module 490, the signal is bandpass filtered. Taling is performed. In this embodiment, each packet has 570 samples In some cases, the bandpass filter has a linear phase response and almost no distortion With 301 taps to provide a FIR filter with no or no It is composed of In this embodiment, the band-pass filter has a frequency of 34 beats / minute to 250 beats. It has a passband per minute per minute. 270 filters showing the filtered red light signal 270 filter processing showing the filtered sample and the filtered infrared light signal Tap on 301 slides over 570 samples to get a working sample . In the ideal case, bandpass filters 488 and 490 remove DC in the signal I do. However, the DC removal operations 484, 486 are not DC removal.   Module 492,4 selecting the last 120 samples after filtering As shown at 94, from each packet (of 270 samples in this embodiment) The last 120 samples are selected for further processing. Described below As described above, in the present embodiment, the saturation transfer module for processing the same data packet is used. Since the first 150 samples fall within the set time for the rule 406, the last 1 Twenty samples will be selected.   Conventional saturation equation calculation is applied to 120 sample packets of red light signal and infrared light signal. Be executed. In this embodiment, the conventional saturation calculation is performed in two different ways. You. One calculation is the first red light signal RMS module 496 and the infrared light signal RM As shown by the S module 498, the 120 sample packet is the entire RMS value Is processed to obtain The obtained RMS values of the red light signal and the infrared light signal are RED of 1 RMS / IR Provide input values for RMS ratio operation 500 Operation 500 includes an RMS as input to saturation equation module 502. It provides the ratio of the red light signal value to the RMS infrared light signal value. As will be appreciated by those skilled in the art. In addition, known red and infrared light wavelengths (typically λred= 650 nm and λIR= 910 nm) is the ratio of the intensity of the red light to the infrared light detected is the oxygen saturation of the patient. is connected with. Therefore, the saturation equation module 502 has a location at its output 504. 2 shows a conventional look-up table or the like that provides a known saturation value for a constant ratio. The red light RMS value and the infrared light RMS value are also determined by the saturation operation module 4. 04 is also provided as output.   In addition to the conventional saturation operation 502, the first cross-correlation module 506 A cross-correlation operation is performed on the 120 sample packets as shown. You. The first cross-correlation module 506 provides a good signal between the infrared light signal and the red light signal. Determine if a correlation exists. This cross-correlation can be defective or dysfunctional. It is useful to detect the detector of The cross-correlation is also the signal model (ie, equation (1) ) To (3) are also useful for detecting when the conditions are satisfied. Between two channels If the correlation between them is too low, the signal model will not be satisfied. To determine this, Normalized cross-correlation is performed on the cross-correlation module for each data snapshot. 506. One such correlation function is: Is shown.   If the cross-correlation is too low, the oximeter 299 alerts the operator (eg, To be visible, visible, etc.). In the present embodiment, the selected snack is If the snapshot gets a normalized correlation of less than 0.75, Do not qualify. Signals that meet the signal model have a correlation greater than the threshold .   120 sample packets of red and infrared light also have 5 120 samples In the same manner as described above, except that it is divided into sample bins of equal An operation and a cross-correlation operation are performed. RMS, ratio, saturation , And cross-correlation operations are performed on a bin-by-bin basis. These operations Are the five-segment equivalent bin modules 510 and 512 in FIG. Infrared light RMS modules 514, 516, second RED-RMS / IR-RMS ratio A module 518, a second saturation equation module 520, and a second cross-correlation module 522.   FIG. 18 shows further details regarding the saturation conversion module 406 shown in FIG. Show details. As shown in FIG. 18, the saturation conversion module 406 Sessa 530, correlation canceller 531, master power curve module 554, and And a bin power curve module 533. The saturation conversion module 406 is based on FIG. 7a having a quasi-processor 26, a correlation canceller 27, and an integrating means 29. In relation to this, one power curve is provided for the separate signal coefficients shown in FIG. 7c. be able to. The saturation conversion module 406 converts the data snapshot Obtain a saturation spectrum. In other words, the saturation conversion 406 is a snapshot Provides information on the saturation values present in the.   As shown in FIG. 18, the reference processor 53 of the saturation conversion module 406 is used. 0 is the reference generation module 534, the DC removal module 536, and the bandpass filter. It has a filter module 538. Red light from decimation operation And 570 sample packets of infrared light are provided to reference processor 530. In addition, a plurality of possible saturation values (“saturation axis scan”) are stored in the saturation reference processor 5. Provided as input to 30. In this embodiment, the saturation value of 117 is the saturation axis. Provided as a scan. In a preferred embodiment, the range of saturation values for 117 is 34. It evenly ranges from 8 to 105.0 blood oxygen saturation. Therefore, in this embodiment, 117 Is used as a reference signal for generating a reference signal used by the correlation canceller 531. An axis scan for the processor 530 is provided. In other words, the reference processor Provided a saturation value, so that a reference signal is generated corresponding to the saturation value . In the present embodiment, the correlation canceller includes the joint process estimating unit 550 and the low-pass The filter 552 is formed.   Scan values are chosen to provide higher or lower resolution than 117 scan values. Can be selected. The scan values may be unevenly spaced.   As shown in FIG. 18, the saturation equation module 532 includes a saturation axis as an input. Receive the scan value and output the ratio rnI will provide a. General description of FIGS. 7a to 7c , This ratio rnCorresponds to the plurality of scan values outlined above. The saturation equation is Provide a known ratio r (red / infrared) corresponding to the saturation value received as input. Offer.   Ratio rnIs a reference generation circuit 53 like a sample packet of red light and infrared light. 4 is provided as input to. The reference generation circuit 534 generates a red light or an infrared light. Ratio r to any of the samplesnAnd multiply the values by infrared light or red light, respectively. Subtract from samples. For example, in the present embodiment, the reference generation circuit Ratio to color light samplenAnd subtract this value from the infrared sample. Get The value obtained is the output of the reference generation circuit 534. This operation is a saturation run Calculated for each of the thresholds (eg, 117 values are possible in this embodiment). . Thus, the data obtained is 117 reference signals for each of the 570 data points. Vector, which will be referred to hereinafter as the reference signal vector. You. This data can be stored in an array or the like.   In other words, the red light sample packet and the infrared light sample packet Red light measurement signal S having a portion s '(t) and a secondary signal portion n' (t)red(T) and Infrared light measurement signal SIR(T), the output of the reference generation circuit is A secondary reference signal n ′ (t) according to the signal model obtained, which is expressed as follows: n '(t) = Sir(T) -rnSred(T)   In the present embodiment, the reference signal vector and the infrared light signal are transmitted to the reference processor 530. As an input to the DC removal module 536. Statistics module 404 DC removal modules 536, such as DC removal modules 484, 486 in Is the DC value of the first sample for each input (or the first (Average of some or all samples). The sample values obtained are , Bandwidth pass filter 538.   The bandwidth pass filter 538 of the reference processor 530 Performs the same type of filtering as the bandwidth pass filters 488, 490 of . Thus, the 570 samples that have undergone the bandwidth pass filtering result in: There are 270 samples remaining. The first output 542 of the bandwidth pass filter 538 Is a single vector consisting of 270 samples (this embodiment In the form, a filtered infrared light signal is represented). Therefore, the bandwidth pass filter 5 The data obtained at the second output 540 of 38 are 270 data points each. 117 reference signal vectors, which are the saturation reference processor 53 0 corresponds to each of the saturation axis scan values provided.   The red light sample and the infrared light sample packet are stored in the reference processor 530. Can be switched when used. In addition, DC removal module 536 and And the bandwidth pass filter module 538 inputs the data to the reference processor 530. Can be performed before being forced. Because it runs in the reference processor This is because the calculations performed are linear. This results in considerable economics of processing. I will.   The output of the reference processor 530 is a combination processor of the type described above with reference to FIG. It should be appreciated that the first and second inputs to the estimator 550 are provided. The first input to the combining process estimator 550 represents an infrared light signal in this embodiment. 270 sample packets. This signal consists of a primary signal part and a secondary signal part. Including. The second input to the combining process estimator is 11 of 270 samples each. 7 is a reference signal vector.   The combined process estimator also includes a lambda input 543, a minimum error input 544, and The cell configuration number input 545 is received. These parameters are well understood in the art Have been. Lambda parameters are often referred to as "forget" This is called the “reject parameter”. A lambda input 543 is provided to the combined process estimator. Control of the cancellation rate. In this embodiment, lambda is a low value such as 0.8. Is set to Signal statistics are not constant, so track with lower values Is improved. The minimum error input 544 is the first input to the joint process estimator 550. Provide an initialization parameter (conventionally known as an "initialization value"). Book In an embodiment, the minimum error value is 10-6It is. With this initialization parameter, The process estimating means 500 is not divided by 0 (zero) at the time of initial calculation. . The cell number input 545 of the combining process estimating means 550 is Configure the number of cells. In the present embodiment, the saturation conversion operation 406 The number of cells is six. As understood in the art, for each sine wave, The process estimator requires two cells. 35 to 250 beats / minute If there are two sine waves, two heart rate sine waves and one noise sine wave In contrast, there are six cells.   Combining process estimating means 550 provides a second input 540 to correlation canceller 531 A plurality of provided reference signal vectors (in this embodiment, all 117 consecutive First input 542 to the correlation canceller based on each of the Receive the vector. Correlation cancellation causes each of the 117 reference vectors to Thus, one output vector is obtained. Each output vector is paired with the first input vector. Indicates information that the corresponding reference signal vectors do not have in common. The resulting output vector Is provided as an output to the joint process estimator and is a low-pass filter Module 552. In the present embodiment, the low-pass filter 552 Tap and 10 Hz corner circumference with 62.5 Hz sampling frequency And an FIR filter having a wave number.   The joint process estimating means 550 of the present embodiment sets 150 data points. Have a pause. Therefore, from each of the 270 point output vectors, the last 120 data The points are used for further processing. In the present embodiment, the output vector is And further divided into a plurality of bins of equal number of data points. FIG. As shown at 8, the output vectors are output from the master power curve modules 554 and 5. Provided to the split bin module 556. The five-segment bin module 556 Divide the force vector into five bins of equal number of data points. Each bin is then , Bin power curve module 558.   The master power curve module 554 performs the saturation conversion as follows: For each output vector, the sum of the squares of the data points is ascertained. this is, Corresponds to each output vector (each output vector corresponds to one of the saturation scan values) Provides the sum of the squared values. These values are used to determine the master power as shown in FIG. -Provides a base for curve 555. The horizontal axis of the power curve is the saturation axis scan value And the vertical axis indicates the sum of squared values (or output energy) of each output vector . In other words, as shown in FIG. 22, each sum of squares produces an output vector Vertical "energy" at a point on the horizontal axis of the corresponding saturation scan value Plotted using the magnitude of the sum of the squared values plotted on the "output" axis Can be. As a result, a master power curve 558 is obtained, an example of which is shown in FIG. Is shown in This considers all possible saturation values and assumes the assumed saturation value By examining the output value for A saturation conversion is provided. As will be understood, the correlation canceller 531 When the first input and the second input are almost correlated, the correlation canceller 5 The sum of the squares of the 31 corresponding output vectors is very low. Conversely, correlation canceller If the first and second inputs to 531 show little correlation, the output vector The sum of the squares is high. Therefore, the spectral content of the reference signal and the second One input is mostly physiological noise (venous blood movement due to breathing) and non-physiological Output noise (e.g., generated by operation) Ghee will be low. Reference signal spectral content and first input to correlation canceller If the forces are not correlated, the output energy will be higher.   The corresponding transform is the same except that a saturation transform power curve is generated for each bin. And is performed by the bin power curve module 558. The resulting power curve Is provided as an output of the saturation conversion module 406.   Generally, according to the signal model of the present invention, as shown in FIG. There are two peaks. One peak corresponds to arterial oxygen saturation of blood And another peak corresponds to the venous oxygen concentration of the blood. In the signal model of the present invention Relatedly, the peak corresponding to the highest saturation value (the peak with the largest magnitude) Need not be) is the proportionality factor raCorresponding to In other words, the proportional coefficient raIs dynamic It corresponds to the red / infrared light ratio measured for pulse saturation. Similarly, lowest saturation The peak corresponding to the degree value (not necessarily the peak with the lowest magnitude) is roughly Corresponds to the venous oxygen saturation, which is used in the signal model of the present invention. Proportional coefficient rvCorresponding to Therefore, the proportional coefficient rvCorresponds to venous oxygen saturation Red light / infrared light ratio.   To obtain arterial oxygen saturation, peak the power curve corresponding to the highest saturation value. You can choose. However, further processing is required to increase the reliability of the values. Is executed. FIG. 19 shows the saturation conversion module 406 and the statistics module 40. 4 illustrates the operation of the saturation calculation module 408 based on the output of FIG. FIG. As shown in FIG. 5, the bin power curve and the bin statistics are stored in the saturation calculation module 40. 8 is provided. In this embodiment, the master curve is provided to the saturation module 408. Rather, display for visual check in system operation Can be done. The bin statistics are the red light RMS value and infrared light RMS value, seed (Seed) the saturation values and the red and infrared light signals from the statistics module 404; And a value indicating a cross-correlation between them.   The saturation calculation module 408 is first displayed by the bin attribute calculation module 560. A plurality of bin attributes are determined as follows. The bin attribute calculation module 560 Data bins are collected from the information from the power curves and the information from the bin statistics. Book In an embodiment, this operation corresponds to the highest saturation value in the data bin. And arranging the saturation values of the peaks from each power curve. This embodiment State, by convolving the smoothed differential filter function and the power curve, By first calculating the first derivative of the power curve Be executed. In the present embodiment, a smoothing differential filter function (using an FIR filter Has the following coefficients: This filter performs differentiation and smoothing. Next, the target original Each point in the power curve is evaluated, and the following conditions (1) and (2) are satisfied. Is determined to be a possible peak if: (1) the point in the power curve At least 2% of the maximum; (2) the value of the first derivative is greater than 0 and less than or equal to 0 It changes to the number below. For each point found to be a possible peak, The contact points are examined and the largest of the three points is the true peak It is considered to be.   The peak width for these selected peaks is also calculated. Target power The peak width of the curve is calculated by summing all points on the power curve It is calculated by subtracting the product of the minimum value and the number of points. In this embodiment The peak width calculation is performed for each of the bin power curves. Maximum is peak Selected as width.   Further, the RMS value of the infrared light, the RMS value of the red light, The seed saturation value for the bin, and the red light signal from the statistics module 404 The cross-correlation with the infrared light signal is also located in the data bin. Then use attribute Data bins are acceptable as shown in bin qualification logic module 562 It is determined whether the data is composed of various data.   If the correlation between the red and infrared light signals is very low, the bin is discarded . Seed for bins with the same saturation value for the selected peak for a given bin If so, the peak is replaced with a seed saturation value. Red light Either the RMS value or the infrared RMS value is below a very small threshold If so, all bins are discarded and no saturation value is provided. Because the measurement signal is small This is because it is determined that it is not possible to obtain meaningful data. Bottle If the data does not contain allowable data, the exception processing module Is provided to the display 336.   If some bins qualify, they are qualified as having acceptable data Those bins that are not qualified are replaced with the average of the allowed bins. Each bin is time stamped to maintain a time sequence. baud Operation 565 examines each bin and selects the highest saturation value. This These values are sent to clip and smooth operation 566.   The clip and smooth operation 566 basically uses a low pass filter. And perform the averaging process. Low-pass filter, smoothing filter selection module Provide an adjustable smoothing process selected by 568. Smoothing filter selection Module 568 includes the reliability performed by high reliability test module 570. Perform the operation based on the decision. High reliability test is bin power It is an investigation of the peak width for the curve. The peak width is some kind of table that indicates patient activity. An indication is provided, indicating operation if the peak width is wide. Therefore, if the peak width is wide, The smoothing filter is slowed down. If the peak width is narrow, the speed of the smoothing filter The degree increases. Therefore, smoothing filter 566 adjusts based on the level of confidence. Is adjusted. The output of clip and smoothing module 566 is Provides the saturation value.   In this preferred embodiment, the clip and smoothing filter 566 uses a new saturation Takes a degree value and compares it to the current saturation value. The magnitude of the difference is 16 (% If it is less than (oxygen saturation), the value is acceptable. Instead, the new saturation value If it is less than the filtered saturation value, the new saturation value is filtered. It is changed to a value 16 lower than the controlled saturation value. New saturation value is filtered If it is greater than the filtered saturation value, the new saturation value will be The value is changed to a value larger by 16 than the degree value.   While high reliability is present (no operation), the smoothing filter is: Here is a single-pole or exponential smoothing filter computed as:     y (n) = 0.6*x (n) +0.4*y (n-1) Where x (n) is the new clipped saturation value and y (n) is the filter The processed saturation value.   During operation, a 3-pole IIR (finite impulse response) filter is used. It is. Its features have values of 0.985, 0.900, and 0.94 respectively. Three time constants ta, Tb, And tcIs controlled by 3 using the following relationship The coefficients for the form I, IIR filters are calculated directly from the two time constants: a0= 0 a1= Tb+ (Tc) (Ta+ Tb) aTwo= (-Tb) (Tc) (Ta+ Tb+ (Tc) (Ta)) aThree= (Tb)Two(Tc)Two(Ta) b0= 1-tb− (Tc) (Ta+ (Tc) (Tb)) b1= 2 (tb) (Tc) (Ta-1) bTwo= (Tb) (Tc) (Tb+ (Tc) (Ta)-(Tb) (Tc) (Ta) -Ta)   20 and 21 show the pulse rate module 410 (FIG. 14) in more detail. As shown in FIG. 20, the heart rate module provides transient rejection and bandwidth Filter module 578, motion artifact suppression module 580, saturation Equation module 582, operating state module 584, first and second spectrum estimation Modules 586, 588, spectrum analysis module 590, slew rate control Limit module 592, output filter 594, and output filter coefficient module 5 96.   As further shown in FIG. 20, the heart rate module 410 includes a decimation mode. 570 sample snapshots of infrared and red light from the output of Joule 402 Receive The heart rate module 410 further includes a saturation calculation module 408 Receives the saturation value output from. Further, the reliability test module 570 The maximum peak width (same as the peak width calculation above) calculated by Provided as input to the beat rate module 410. Infrared and red light sample The output of the bracket, saturation value, and operating status module 584 are the operating artifacts. To the control module 580.   The average peak width value provides an input to the operating status module 584. This embodiment In an embodiment, if the peak width is wide, this is taken as an indication of activity. motion If no is detected, the spectral estimate in the signal will be Executed directly without.   If motion is detected, the motion artifact is set to the motion artifact suppression mode. It is suppressed using Joule 580. Motion Artifact Suppression Module 580 Is substantially the same as the saturation conversion module 406. Motion artifact suppression module Rule 580 is connected as an input to the second spectrum estimation module 588 Provide output. First spectrum estimation module 586 and second spectrum estimation Module 588 provides an output that provides an input to spectrum analysis module 590. Have. The spectrum analysis module 590 also includes a Take output as input. The output of the spectrum analysis module 590 is the heart rate Initial heart rate determination of module 410, slew rate limiting module 592 Provided input to The slew rate limiting module 592 controls the output filter 5 Connected to 94. Output filter 594 also includes output filter coefficient module 5 Input is received from 96. The output filter 594 is connected to the display 336 (FIG. 11). ) To provide the filtered heart rate.   If there is no operation, indicated by the DC reject and bandwidth filter module 578 As such, one of the signals is DC rejected and bandwidth filtered. DC removal and The bandwidth filter module 578 includes the DC removal and bandwidth filter module 5. 36, 538 provide the same filtering. During periods of inactivity, the filter The processed infrared light signal is provided to a first spectral estimation module 586.   In this embodiment, the spectrum estimation provides a frequency spectrum of the heart rate information. Chirp Z transformation. The frequency range for the desired output is Chirp Z instead of the traditional Fourier Transform Use transformations. Therefore, in the present embodiment, a heart rate of 30 to 250 beats / min. A wave number spectrum is provided. In the present embodiment, the frequency spectrum is To the spectrum analysis module 590, which selects the first harmonic from the Provided. Typically, the first harmonic has the largest magnitude and pulse rate Is a peak in the frequency spectrum. However, in some situations, the second The third harmonic or the third harmonic can exhibit a larger magnitude. You. With this in mind, to select the first harmonic, the largest peak in the spectrum The first peak having an amplitude of at least 1/20 of is selected. by this, It is most possible to select the peak of the chirp Z-transform caused by noise as the heart rate Be reduced.   If an action occurs, the action artifact suppression module 580 is used to scan the action. Motion artifact suppression is performed in a nap shot. Motion artifact The event suppression module 580 is shown in more detail in FIG. As shown in FIG. The product artifact suppression module 580 includes a saturation conversion module 406 (FIG. 1). It is almost the same as 8). Therefore, the motion artifact suppression module Artifact reference processor 570 and motion artifact correlation canceller 571 Having.   The motion artifact reference processor 570 includes a The reference processor 530 is the same. However, the reference processor 570 Rather than using the saturation scan value of 117 to perform the overall saturation conversion, Use the saturation value from module 408. Therefore, the reference processor 570 A saturation degree module 581, a reference generation unit 582, a DC removal module 583, And a bandwidth pass filter module 585. These modules are This is the same as the corresponding module in the sum degree conversion reference processor 530. Real truth In the embodiment, the saturation expression module 581 is included in the saturation conversion module 406. Instead of performing the saturation axis transformation as performed by An arterial saturation value is received from 408. Because arterial saturation was selected, This is because there is no need to perform axis scanning. Accordingly, the saturation degree module 581 The output is the proportional constant ra(Ie red light to infrared light ratio for arterial saturation value) You. Otherwise, the reference processor 570 uses the base of the saturation conversion module 406. Performs the same functions as sub-processor 530.   The motion artifact correlation canceller 571 also includes a saturation conversion correlation canceller. 531 (FIG. 18). However, the motion artifact suppression correlation key The canceller 571 uses a slightly different motion artifact combination process estimator 5. Use 72. Therefore, the motion artifact suppression correlation canceller 571 is A combined process estimating unit 572 and a low-pass filter 573 are provided. Motion arche The cell combination process estimating means 572 selects the cell selected by the cell number input 574. Are different (6 to 10 in the present embodiment), and the forgetting parameters are different ( In this embodiment, 0.98), and the time delay differs depending on the adaptation. This is different from the sum conversion transformation process estimation means 550. The low-pass filter 573 is This is the same as the low-pass filter 552 of the sum degree conversion correlation canceller 531.   Since only one saturation value is provided to the reference processor, each of the 570 samples For the input packet, output to the operation artifact suppression correlation canceller 571 In this case, only one output vector of 270 samples is obtained. In this embodiment, If an infrared light wavelength is provided as the first input to the correlation canceller, the correlation The output of the canceller 571 provides a clear infrared light waveform. As mentioned above, infrared light waves The long signal and the red light wavelength signal are output from the operation artifact suppression correlation canceller 571. The output can be switched to provide a clear red light waveform. Wear. Reference processor 570 is input to correlation canceller 571 as a reference signal. Knowing the actual saturation value of the patient that can generate a noise reference The output of the canceller 571 has a clear waveform. Motion artifact suppression module 5 The clear waveform at the output of 80 is a clear pre-view that can be sent to the display 336. It is a chismograph.   As mentioned above, an alternative joint process estimator is a QRD least squares grid type method ( FIG. 8A, FIG. 9A and FIG. Therefore, the combining process estimating means 57 3 (as well as the combined process estimator 550) is a QRD least squares lattice type operation. Alternatively, it can be replaced by a combined process estimating means for executing an action.   FIG. 21A shows the combined process estimating means 572a Fig. 4 shows another embodiment of a replaced motion artifact suppression module. Join The process estimating means 572a is a QRD least squares grid type system as shown in FIG. including. According to this embodiment, different QRD algorithms may be used as needed. Initialization parameters are used.   The initialization parameters are “cell number”, “lambda”, and “minimum error total” in FIG. , “Initial γ”, and “initial error total”. The number of cells and lambda are Corresponding to similar parameters in the process estimating means 572. "Initial γ" B corresponds to the gamma initialization variable for all stages except the As described above, it is initialized to 1 in the QRD expression. The initial error sum is Provides the δ initialization parameters described above. QRD to avoid overflow The larger of the denominator actually calculated for each division in the equation and the minimum error total is used. Used. In this embodiment, the preferred initialization parameters are as follows:     Number of cells = 6     Lambda = 0.8     Minimum error sum = 10-20     Initial γ = 10-2     Initial error total = 10-6   The clear waveform output from the motion artifact suppression module 580 also Provide input to the spectral estimation module 588. Second spectrum estimation module Module 588 performs the same chirp Z-transform as the first spectrum estimation module 586. Execute. If there is no operation, the output from the first spectrum estimation module 586 The force is provided to the spectrum analysis module 586. If an action occurs, The output from the two-spectrum estimation module 588 is the spectrum analysis module 59 0 is provided. Spectral analysis module 590 provides an appropriate spectral estimation module. The frequency spectrum from the module is examined to determine the pulse rate. When the action occurs If so, the spectrum analysis module 590 has the highest amplitude in the spectrum. Select the peak to be used. Because the motion artifact suppression module 580 is completely This is because all other frequencies are attenuated to values below the actual heart rate peak. motion If not, the spectrum analysis module will specify the heart rate as described above. Select the first harmonic in the torque.   The output of the spectrum analysis module 590 is output to the slew rate limiting module 59. Provide the raw heart rate as input to 2. In the present embodiment, the slew rate limiting mode is used. Joule 592 prevents changes of more than 20 beats / minute per 2 second interval. Stop.   Output filter 594 is described above with respect to clip and smoothing filter 566. Includes an exponential smoothing filter similar to an exponential smoothing filter. Output file The filter is controlled via output filter coefficient module 596. Large movement If not, this filter slows down and has little or no activity In some cases, this filter samples faster and keeps distinct values be able to. The output from output filter 594 is the patient's pulse, which is Provided to spray 336 and useful.Alternative to Saturation Conversion Module-Bank of Filters   An alternative method of the saturation conversion of the saturation conversion module 406 is shown in FIG. This can be done using a bank of data. As shown in FIG. 23, the first filter bank Two filter banks are provided, 600 and a second filter bank 602. No. One filter bank 600 has a second filter bank at a corresponding first filter bank input 604. 1 measurement signal Sλb(T) (in this embodiment, an infrared light signal sample) is received and the second Filter bank 602 receives a second measurement at corresponding second filter bank input 606. Constant signal Sλa(T) (in this embodiment, a red light signal sample) is received. Suitable In an embodiment, the first and second filter banks have a fixed center frequency and a fixed corner frequency. -Use a static regression polyphase bandpass filter with frequency. Regression polyphase fill Ta is described in Harris et al. This document `` Digital Single P rocessing With Efficient Polyphase Recursive All-Pass Filters '' A is attached. However, adaptive execution is also possible. This embodiment State, the regression polyphase bandpass filter elements each have a specific center frequency and And bandwidth.   There are N filter elements in each filter bank. 1st filter bar Each of the filter elements in link 600 , A filter that matches (ie, has the same center frequency and bandwidth) Has elements. As shown in FIG. 23, the center circumference of N elements The wave numbers and corner frequencies are each N frequency ranges, from 0 to F1, F1-FTwo, FTwo-FThree, FThree-FFour... FN-1-FNDesigned to occupy. (206) The number of filter elements can range from 1 to infinity. Only However, in the present embodiment, the center frequency is 25 beats / minute to 250 beats / minute. Approximately 120 distinct filter elements to span the frequency range of .   The output of the filter is the first measurement signal and the second measurement signal (this Examples include information about primary and secondary signals (red light and infrared light). Ma Filters (one in the first filter bank 600 and the second filter bank) The output of each pair (one at link 602) is provided to saturation determination module 610. Provided. FIG. 23 shows one saturation determination module 610 for ease of explanation. Only show. However, saturation for each matching pair of filter elements A degree determination module is provided and parallel processing can be performed. Each saturation determination The module has a ratio module 616 and a saturation type module 619.   The ratio module 616 forms a ratio of the second output to the first output. For example, in this example Is the ratio of each red light RMS value to each corresponding infrared light RMS value (red light / infrared light) It is determined in Joules 616. The output of the ratio module 616 is Provide an input to a saturation equation module 618 that references the corresponding saturation value for the You.   The output of the saturation equation module 618 is for each of the matching filter pairs (As shown in the histogram module 620). However However, the data collected is initially a function of frequency and saturation. As shown in FIG. To form a saturation conversion curve similar to the curve A gram or the like is generated. The horizontal axis indicates the saturation value, and the vertical axis indicates the saturation value at each saturation value. Shows the total number of points collected (output from saturation equation module 618) . In other words, the saturation equation module for ten different filter matching pairs If the output of the rule 618 shows a 98% saturation value, the histogram of FIG. The points reflected reflect a value of 10 at 98% saturation. Thereby, in FIG. A curve similar to the saturation conversion curve results. This operation uses the histogram Executed in module 620.   The histogram results provide a power curve similar to the power curve of FIG. . Therefore, the arterial saturation is the peak corresponding to the highest saturation value (in the region of interest). The maximum number of occurrences (eg, the peak in the drawing corresponding to the highest saturation value peak) It can be calculated from the histogram by selecting c). Similarly, The vein or background saturation is calculated by the saturation calculation module 408. In a similar manner to the processing, the peak is selected by selecting the peak corresponding to the lowest saturation value. Can be determined from the gram.   An alternative to the histogram is to use the output saturation (histogram) corresponding to the highest saturation value. Need not be the peak in the ram), and r represents the corresponding ratioaArterial saturation with The degree can be selected. Similarly, the output saturation corresponding to the lowest saturation value is And r representing the corresponding ratiovVein with background or background saturation You can choose. For example, in the present embodiment, the entry in the histogram of FIG. Select a as the arterial saturation and select the entry in the histogram with the lowest saturation value. Select bird b as vein or background saturation.   As described above, according to the present invention, the primary The signal part and the secondary signal part can be modeled as follows.     Sred= S1+ N1                  (Red light) (89)     SIR= STwo+ NTwo                   (Infrared light) (90)     s1= RasTwoAnd n1= RvnTwo                                    (91) When equation (91) is inserted into equation (89), the following equation is obtained.     Sred= RasTwo+ RvnTwo            (Red light) (92)   In the models of equations (89) to (92), SredAnd SIRUse It is This is because the description specifically relates to blood oximetry. SredAnd SIRIs the previous sentence S inside1And STwo, And the following description is based on the arbitrary measurement signal S1And STwoAgainst Done.   As explained above, raAnd rv(These are arterial blood oxygen and And venous blood oxygen), the saturation conversion described above, scanning many possible coefficients Can be determined. R based on red and infrared dataaAnd rv Another way to getkIs at least some (preferably substantially) nkCorrelates with No (where k = 1 or 2), skAnd nkCorrelation between R to minimizeaAnd rvIs to look for. These values are the following for k = 2: It can be found by minimizing the statistical calculation function. In the formula, i indicates time.   It should be understood that other correlation functions can be used, such as normalized correlation.   If the noise component does not correlate with the desired signal component, minimizing this amount will increase In many cases a single pair of raAnd rvIs provided. The minimization of this quantity is given by the equation S from (90) and (92)TwoAnd nTwoAnd raAnd rvFind the minimum value of the correlation between the possible values of Can be achieved. sTwoAnd nTwoBy seeking the following Is provided. The 2x2 matrix provides:   Therefore, Or: Preferably, the correlation in equation (93) is a window specified by the user as follows: Augmented using functions.   The Blackman Window is the preferred embodiment here. is there. That there are many additional functions that minimize the correlation between signal and noise I want to be understood. The above function is one of simple functions. Therefore,   Red light sample to minimize at multiple discrete data points Sum of squared points, infrared light sample Sum of squared points, red light sample The sum of the product of the point and the infrared sample point is first calculated (window Number wiincluding).   These values are used in the correlation equation (93b). Therefore, the correlation equation is given by two variables raas well as rvIs an expression using raAnd rvTo obtainaAnd rvValid values of A thorough scan is performed on the various cross sections. Then the minimum of the correlation function A value is selected, yielding the minimum valueaAnd rvIs raAnd rvIs selected as   raAnd rvIs obtained, the ratio raAnd rvStatistics that provide oxygen saturation corresponding to In the saturation expression such as the saturation expression 502 of the module 404, raAnd rvTo provide Thus, the arterial oxygen saturation and the venous oxygen saturation can be determined.   raAnd rvThe same signal model set as above in further runs to obtain Use According to this execution raAnd rvTo determine the signal sTwoEnergy inside Lugie is sTwoIs nTwoMaximized under the constraint that it does not correlate with Again, this The implementation is based on minimizing the correlation between s and n in the signal model of the present invention. Good. Where signal s is related to arterial pulsation and signal n is noise (motion artifacts and And information about venous blood as well as other noise); raIs an artery The ratio associated with the sum (red light / infrared light), rvIs the ratio related to venous saturation (red Light / infrared light). Thus, in this implementation of the invention, raAnd rvIs the signal sTwoAnd nTwoAre not correlated, the signal sTwoDetermined to maximize energy Is done. Signal sTwoEnergy (ENERGY (sTwo)) Is defined by the following equation: Where R1Is the energy of the red light signal, RTwoIs the energy of the infrared light signal, and R1,2 Is the correlation between the red light signal and the infrared light signal.   sTwoAnd nTwoCorrelation (sTwo, NTwo)) Is defined by:   As explained above, the constraint is skAnd nk(K = 2 in this embodiment) That is not. This “correlation cancellation constraint” is expressed by the equation (97) Is set to zero. -R1+ (Ra+ Rv) R12-RarvRTwo= 0 (98) In other words, the goal is to maximize equation (94) under the constraints of equation (98).   To achieve the objective, a cost function is defined as follows (for example, Example Lagrange optimization). Where μ is a Lagrange multiplier. Solve the cost function ra, RvAnd μ are "Luenberger, Linear & Nonlinear Programming" (Addison-Wesley (Addison-Wesley), 2nd edition, 1984) Can be found using   Along the same line, the red light signal SredAnd infrared light signal SIRIs not static Contains the function R defined above1, RTwo, And R12Is time dependent. Therefore, two Using the equation, the correlation cancellation system defined by equation (98) can be obtained at two different times. By showing the approximation, two unknowns can be obtained. The correlation cancellation constraint is Two different times t1And tTwoCan be expressed as follows. -R1(T1) + (Ra+ Rv) R12(T1) -RarvRTwo(T1) = 0 (100) -R1(TTwo) + (Ra+ Rv) R12(TTwo) -RarvRTwo(TTwo) = 0 (101)   Equations (100) and (101) areaAnd rvIs nonlinear at These two equations can be solved using linear techniques. Therefore, x = ra+ Rv Y = rarvEquations (100) and (101) are obtained using R12(T1) XRTwo(T1) Y = R1(T1) (102) R12(TTwo) XRTwo(TTwo) Y = R1(TTwo) (103)   These equations (102) and (103) can be solved for x and y. Variable expression changes From raAnd rvSolving for gives the following:   Equation (104) is rvConsequently. In this embodiment, xTwo-Rvy> 0 RvThe value is selected. rvAre both xTwo-RvIf y> 0, tTwoIn STwoEnergy (sTwoR) to maximize))vIs selected. rvIs next Given by the above equation,aIs obtained. Or rvIn the same manner as the determination ofa Can also be found directly.Alternative Method of Saturation Conversion-Complex FFT   The patient's blood oxygen saturation, pulse rate and clear plethysmographic waveforms also It is also obtained using the signal model of the invention using a plex (complex) FFT, This will be further described with reference to FIGS. 25A to 25C. Generally, each is the first A portion (indicating a desired portion of the signal) and a second portion (indicating an unnecessary portion of the signal). (The two measurement signals have coefficients raAnd rvCan be correlated by Can be calculated by using the signal models of equations (89) to (92) From the output of the binary operation 402 at discrete sample points. A fast saturation transformation of the source can be used.   FIG. 25A substantially corresponds to FIG. 14, but the above-described saturation conversion is a fast saturation conversion. I am. In other words, the operation of FIG. 25A corresponds to the operation of FIG. Can be replaced. As shown in FIG. 25A, the fast saturation conversion This is indicated by the diversion / pulse rate calculation module 630. As in FIG. 14, the output is arterial oxygen. Saturation, clear plethysmographic waveform, and pulse rate. FIG. 25B and FIG. C shows further details about the fast saturation conversion / pulse rate calculation module 630. doing. As shown in FIG. 25B, the fast saturation conversion module 630 17 as the infrared light log module 480 and the red light log module 482. Infrared light log module 640 and red light log module 64 for performing log normalization 2 Similarly, the infrared light DC removal module 644 and the red light DC module 646 exists. Further, the infrared light high-pass filter module 645 and the red Color light high-pass filter module 647, window function modules 648, 6 40, complex FFT module 652, 654, selection module 653 , 655, magnitude modules 656, 658, threshold module 66 0, 662, point-by-point ratio module 670, saturation degree module 672, and And a selective saturation module 680. Phase module 690, 692 , A phase identification module 694, and a phase threshold module 696 are also present. Exist. The output of the selection saturation module 680 is connected to the arterial saturation output line 682. Provide arterial saturation.   In this alternative embodiment, snapshots of the red and infrared light signals are 562 samples from the simulation module 402. Infrared light DC removal The module 644 and the red light DC removal module 646 correspond to the infrared light DC Slightly different from removal module 484 and red light DC removal module 486 I have. The infrared light DC removal module 644 and the red light DC removal module of FIG. 25B 646, the average of all 563 sample points for each channel is summed. Is calculated. This average was then used to remove baseline DC from each sample. Removed from each individual sample point in each snapshot Is done. Infrared light DC removal module 644 and red light DC removal module 646 Are the infrared light high-pass filter module 645 and the red light high-pass filter module. An input is provided to each of the modules 647.   High pass filter modules 645, 647 have 51 taps of coefficients Includes FIR filter. Preferably the high pass filter has a side lobe of 30 Has a level parameter and a corner frequency of 0.5 Hz (ie 30 beats / min) Includes a Chebychev filter. Change the performance of this filter Please understand that it is possible. 562 sample points are high pass fill And there are 51 coefficient taps, so the output of the high-pass filter module Are the infrared and red light snapshots of each of these 512 samples are provided. The output of the high-pass filter is Inputs are provided to the window function modules 648, 650 for the channel.   Window function modules 648, 650 perform conventional window functions. You. In the present embodiment, a Kaiser window function is used. FIG. 25B Throughout the function maintains a point-by-point analysis. In this embodiment, the Kaiser window The time bandwidth product of the function is 7. The output of the window function module is Fast Fourier Transform (FFT) module 652, 654 provide input.   Complex FFT modules 652 and 654 provide data snapshots Complex in each of infrared and red light channels at Perform FFT. The data from the complex FFT then goes through two paths One of the paths explores magnitude and the other is compressed Investigate the phase from the FFT data points. However Before further processing, the data is stored in the infrared light selection module 653 and the red light selection module. Joule 655. Because the output of FFT operation is 0-1 Because it provides repetition information from a sampling rate of 1/2 and a sampling rate of 1/2 It is. The selection module has a sampling rate of 0 to ((in the present embodiment, for example, 0-31.25 Hz), select only the sample, the heart rate frequency range and heart rate. A selection is made from those samples to cover one or more harmonics of the beat rate. In the present embodiment, the frequency range from 20 beats / minute to 500 beats / minute. Sample is selected. Change this value as needed to get heart rate harmonics Can also. Therefore, the output of the selection module is 256 samples. This embodiment State, the sample points 2-68 of the output of the FFT are used for further processing .   In the first pass of the process, the outputs from the selection modules 653, 655 are Provided to the magnitude module 656 and the red light magnitude module 658 Provided. The magnitude modules 656 and 658 have a magnitude function. Run, where the magnitude of each complex FFT point is Selected for each of the respective channels. Magnitude module 65 6 and 658 are output from the infrared light threshold module 660 and the red light threshold module. An input is provided to module 662.   The threshold modules 660, 662 examine the sample points point by point. To select points where the magnitude of each point exceeds a particular threshold. This Threshold is the highest detected among all remaining points in the snapshot. Set as a percentage of large size. In the present embodiment, the threshold operation The percentage of the solution is selected as 1% of the maximum magnitude.   After thresholding, the data points are sent to the point-by-point ratio module 670 Is done. The point-by-point ratio module calculates the ratio of red light value to infrared light value for each point. You. However, further testing has been done to qualify the ratio points. Will be As seen in FIG. 25B, suns from selection modules 653, 655 The pull point output also includes an infrared light phase module 690 and a red light phase Provided to module 692. Fez modules 690 and 692 are FFT Select the phase value from the job. The outputs of the phase modules 690, 692 are: Provided to the phase identification module.   The phase identification module 694 is paired with the phase modules 690 and 692. Calculate the phase difference between corresponding data points. Any two corresponding The phase difference between the points is determined by a specific threshold value (for example, If less than 0.1 radian, the sample point is eligible. Two corresponding If the sample points are too far apart in phase, Int is not used. The output of the phase threshold module 696 is RED / Provides a possible input to the IR ratio module 670. Therefore, the sample point To determine the ratio of a particular pair of, three tests are performed:       6. Red light sample must pass red light threshold 660       7. Infrared sample must pass infrared threshold 662       8. The phase between two points is at the phase threshold 696 Must be below a predetermined threshold determined   For eligible sample points, a ratio is taken in the ratio module 670. For points that do not qualify, the saturation is zero at the output of the saturation equation 672. Set.   The obtained ratio is obtained by using the saturation expression modules 502 and 5 in the statistics module 504. 20 is provided for the saturation equation module. In other words, the saturation equation Rule 672 receives the point-by-point ratio and pairs corresponding to discrete ratio points. Provide the saturation value as output. Saturation points from the saturation equation module 672 Output is a series of saturations that can be plotted as saturation versus frequency. Provide degree points. The frequency reference is in the complex FFT stage You can get points.   In one of two methods according to the invention, the selected arterial saturation module 6 As shown at 80, arterial (and venous) saturation can be selected. 1 According to one method, the arterial saturation value is calculated by the saturation module Point corresponding to the maximum saturation value for all point outputs from And can simply be selected. Alternatively, at different frequencies (points) The number of saturation values for each particular saturation value to form a histogram of the number of occurrences for each particular saturation value. Generate a histogram similar to the histogram of FIG. You can also. In each case, the arterial saturation can be obtained and the arterial saturation can be calculated. Provided as an output to the selected arterial saturation module at force line 682 Can be. To obtain venous saturation, do not use the maximum arterial saturation value, but zero. The minimum arterial saturation value at the point indicating the higher value is selected. Display 33 6 can be provided.   Using the fast saturation transform information, the clear plethysmograph shown in FIG. 25C. Waveforms and pulse rates can also be provided. Pulse rate and clear plethysmograph waveform In order to get, some additional features are needed. As shown in FIG. 25C Thus, the pulse rate and the clear plethysmograph waveforms are 00, spectrum analysis module 702, and window function module 704 Is determined using   As shown in FIG. 25C, the input of the window function module 700 is From the output of the FFT module 652 or 654. This embodiment Then, only one measurement signal is needed. Another of the window function module 700 The input is the arterial saturation obtained from the output of the selected arterial saturation module 680 .   The window function module is used to calculate the saturation values that are very close to the arterial saturation value. Implement a window function that is selected to pass frequencies that are substantially correlated to wavenumber. Run. In the present embodiment, the following window functions are selected. Where SATnIs the saturation value corresponding to each specific frequency for the sample point. Equal, SATartIs selected at the output of the selected arterial saturation module 680. Shows arterial saturation. This window function is used for the red light signal or infrared light signal. Applied to a window function input representing any complex FFT. Wi The output of the window function module 700 is the frequency spectrum determined by the FFT. A red light signal or an infrared light signal expressed by the Facts have been removed by the window function. Many possible window functions Should be understood. Furthermore, when using the above window function Understand that using higher power reduces more noise I want to be.   To get the pulse rate, the output point from window function module 700 is Provided to the spectrum analysis module 702. Spectrum analysis module 70 2 is the same as the spectrum analysis module 590 of FIG. In other words, The spectrum analysis module 702 uses the output point of the window function 700 By determining the first harmonic in the indicated frequency spectrum, the pulse rate To determine. The output of the spectrum analysis module 702 is the pulse rate.   Output of window function 700 inverted to get a clear plethysmograph waveform Provided to the window function module 704. Invert window function module Reference numeral 704 denotes the Kaiser of the window function module 648 or 650 in FIG. 25B. -Invert window function. In other words, the inverted window function 704 is Perform point-by-point inversion of the Kaiser function for the defined points.   Therefore, by using the complex FFT and the window function, Artery saturation, pulse rate and clear plethys by suppressing noise from the chismographic waveform A morphographic waveform can be obtained. The above description is mainly for operations in the frequency domain. Related to the operation, but with similar results in the time domain. It should be understood that the operation can be performed.Relation to generalized expressions   The measurements described for pulse oximetry above relate to a more general matter. each The signals transmitted through the finger 310 at the wavelengths λa and λb (log conversion) are shown as follows. Is:   The above variables can be best understood by referring to FIG. 6c as follows: A of 6cThreeAnd AFourA layer containing venous blood in the test medium,ThreeIs deoxygenated Hemoglobin (Hb),FourIs oxygenated hemoglobin in venous blood (HB02). Similarly, FIG.FiveAnd A6The layer containing Showing middle arterial blood, AFiveIndicates deoxygenated hemoglobin (Hb);6But Suppose we show oxygenated hemoglobin (HB02) in arterial blood. Therefore , CvHb02 indicates the concentration of oxygenated hemoglobin in the vein, cvHb is venous blood Indicates the concentration of deoxygenated hemoglobin invIs the thickness of the venous blood (for example, AThreeAnd AFour(Thickness of a layer containing). Similarly, cAHb02 is acid in arterial blood Indicates the concentration of denatured hemoglobin, cAHb is deoxygenated hemoglobin in arterial blood Indicates the concentration of xAIs the thickness of the arterial blood (eg, AFiveAnd A6Thickness of the layer containing You.   The wavelength selected is one in the visible red light range, ie, λa, and the infrared light range. , Typically λb. The typical wavelength value chosen is λa = 660 nm and λb = 910 nm. According to the constant saturation method, cA Hb02(T ) / CA Hb(T) = constant1(Constant 1) and cv Hb02(T) / cvHb( t) = constantTwo(Constant 2). Acid in arterial and venous blood Elementary saturation changes slowly with sample rate, and this assumption holds. formula The proportional coefficients of (105) and (106) can be written as: In pulse oximetry, both equations (108) and (109) can be satisfied simultaneously.   ra(T) multiplied by equation (106) and then subtracting equation (106) from equation (105) yields zero The secondary reference signal n ′ (t) is determined as follows:   rv(T) multiplied by equation (106) and then subtracting equation (106) from equation (105) yields zero The primary reference signal s' (t) is determined as follows: s' (t) = Sλa(T) -rv(T) Sλb(T) (110b)        = Sλa(T) -rv(T) sλb(T) (111b)   Under the constant saturation assumption, the primary signal portion sλa(T) and sλbAbsorption with (t) The contribution of the vein to the vein is not canceled. Therefore, the veins when the patient is at rest Low frequency modulated absorption by absorption and modulated absorption by vein absorption when the patient is moving Are indicated by the secondary reference signal n '(t). Therefore, the correlation scan Concomitant modification by finger venous blood under operation by Serra or other methods described above The absorption of both the adjusted absorption and the constant low frequency periodic absorption of venous blood is removed or Derived.   To illustrate the operation of the oxygen measurement of FIG. 11 to obtain a clear waveform, 26 and 27 show the input to the reference processor of the present invention using the constant saturation method. The signal measured forλa(T) = Sλred(T) and Sλb(T) = SλIR(T) is shown. The first segments 26a and 27a of each signal are Relatively less disturbed by facts; that is, the patient measures time in these segments While it did not work practically. Therefore, these segments 26a and 27a are large. In the body, the primary plethysmograph waveform at each measurement wavelength is shown. Each letter The second segments 26b and 27b of the signal are affected by motion artifacts. Patients were running during the time these segments were measured. This These segments 26b and 27b represent a large part of the measurement signal resulting from the operation. The displacement is shown. The third segment 26c and 27c of each signal is Is relatively unaffected by the 1 shows a primary plethysmograph waveform in FIG.   FIG. 28 shows the secondary reference signal n ′ (t) = measured by the reference processor of the present invention. nλa(T) -ranλb(T) is shown. Again, the secondary reference signal n '(t) is Secondary signal part nλa(T) and nλb(T). Therefore, the secondary reference signal The first segment 28a of n '(t) is substantially flat, which is the first segment of each signal. It is said that almost no noise is generated by the operation in the elements 26a and 27a. It corresponds to the thing. The second segment 28b of the secondary reference signal n '(t) has a large variation. Indicates that the movement caused a large displacement in each measurement signal. It corresponds to. The third segment 28c of the noise reference signal n '(t) is substantially flat Which is also active in the third segment 26c and 27c of each measurement signal. Corresponds to the absence of artefacts. The reference processor is the primary reference signal s' (t) = sλa(T) -rvsλbUnderstand that it can also be used to get (t) I want to be. The primary reference signal s' (t) generally exhibits a plethysmographic waveform.   FIG. 29 and FIG. 30 show the results obtained by the correlation canceller using the secondary reference signal n ′ (t). Defined primary signal sλa(T) and sλbApproximation s "to (t)λa(T) and s "λb(T) is shown. Note that the enlargement / reduction of FIG. 26 to FIG. Not the same to better show change. 29 and 30 show the reference processor. Shows the effect of the correlation canceller using the secondary reference signal n ′ (t) measured by ing. Segments 29b and 30b correspond to segments 26b and 27 of the measurement signal. It is not affected by noise generated by the operation as shown in FIG. In addition, the segment 29a, 30a, 29c and 30c are measurement signals free from noise due to operation. No change from signal segments 26a, 27a, 26c and 27c.   Secondary signal n estimated by correlation canceller using primary reference signal s' (t)λa (T) and nλbApproximation n ″ to (t)λa(T) and n "λb(T) is also the present invention It should be understood thatMethod of estimating primary signal part and secondary signal part of measurement signal in pulse oximetry   Implementing various embodiments of the above-described correlation canceller in software includes: It is relatively simple based on the above formula and the above description. However, constant saturation Method and a joint process estimator that performs joint process estimation using equations (54)-(64). Written in the C programming language to calculate the primary criterion s' (t) using step 572 A copy of the computer program subroutine is provided in Appendix B. This join The process estimator comprises a primary part and a secondary base, each correlated with the primary reference signal s' (t). In the primary signal part of the two measurement signals having a secondary part correlated to the quasi-signal n '(t) Estimate a valid approximation to This subroutine is specifically for pulse oximetry. Perform the steps shown in the flowchart of FIG. 9 for the monitor to be applied Another way. The two signals are measured at two different wavelengths λa and λb, and λ a is typically in the visible light region, and λb is typically in the infrared light region. An example For example, the invention specifically written to perform pulse oximetry using the constant saturation method In the clear embodiment, λa = 660 nm and λb = 940 nm.   For the variables defined by equations (54) to (64) in the description of the joint process estimation means The correspondence of the program variables is as follows: Δm(T) = nc [m]. Delta Γf, m(T) = nc [m]. fref Γb,m (t) = nc [m]. bref fm(T) = nc [m]. ferr bm(T) = nc [m]. barr Fm(T) = nc [m]. Fswsqr Bm(T) = nc [m]. Bswsqr γm(T) = nc [m]. Gamma ρm, λa(T) = nc [m]. Roh a ρm, λb(T) = nc [m]. Roh b em, λa(T) = nc [m]. err a em, λb(T) = nc [m]. err b κm, λa(T) = nc [m]. K a κm, λb(T) = nc [m]. K b   The first part of the program is the "initialization of the correlation canceller" of the operation block 120. Initialize registers 90, 92, 96 and 98 and intermediate variable values as shown by Run. The second part of the program is the operation block 130 "Left [Z-1] Input of each delay element variable 110 as shown in Element variable 1 so that the value of Perform 10 time updates. The calculation of the degree of saturation is performed in a separate module. Various methods of calculating oxygen saturation are known to those skilled in the art. Such calculation is based on G. FIG. A. Mook et al. And Michael R. Newman (Michael R. Neuman) In the literature. Concentrations of oxygenated and deoxygenated hemoglobin Is determined, the saturation value is determined in the same manner as in equations (72) to (79), and the time t1And tTwoTo Measurements are different in time but close in time when saturation is relatively constant. Done. For pulse oximetry, time t = (t1+ TTwo) / 2 The sum is determined by:   In the third part of the subroutine, the operation block 140 "Two measurement signal samples" Calculate the primary or secondary criterion (s '(t) or n' (t)) for , The proportionality constant r determined by the constant saturation method as in equation (3)a (T) and rvUsing (t), the signal Sλa(T) and SλbPrimary group for (t) A quasi or secondary criterion is calculated. The saturation is calculated in another subroutine,a (T) or rvThe value of (t) is the composite measurement signal Sλa(T) and Sλb(T) Primary part sλa(T) and sλb(T) or secondary part nλa(T) and nλb( This subroutine is entered to estimate t).   As indicated by action block 150 "Zero Stage Update", The fourth part performs the update of the Z stage, and the backward prediction error b of the Z stage0(T) is Set equal to the value of the reference signal n '(t) or s' (t) just calculated . Further, the intermediate variable F0And B0(T) (nc [m] .Fswsq in the program) r and nc [m]. Bswsqr) is calculated and the regression filters 80a and 80b Of the registers 90, 92, 96 and 98 in the least squares lattice type prediction means 70 at Used to set the value.   The fifth part of the program is an iterative loop, the loop counter M of which is shown in FIG. As indicated by the “m = 0” operation of the operation block 160, m = NC CELLS Reset to zero to have maximum value. NC CELLS is the loop counter This is a predetermined maximum value of the return. For example, NC Typical values for CELLS are 6-10 It is. The state of the loop is set so that the loop repeats at least 5 times, and the conversion Until the strike is satisfied or m = NC Continue iterating until CELLS. The conversion test is the sum of the weights of the four prediction errors plus the weight of the backward prediction errors. The total is a small number, typically less than 0.00001 (ie, Fm(T) + Bm(T ) ≦ 0.00001).   The sixth part of the program is the operation block 170 "mth LSL prediction means Stage order update ”, the forward and backward reflection coefficients Γm, f(T) And Γm, b(T) Register 90 and 92 values (nc [m] .fre in the program) f and nc [m], bref) are calculated. Forward and backward prediction error fm(T ) And bm(T) (nc [m] .ferr and nc [m] .be in the program rr) is calculated. Further, the intermediate variable Fm(T), Bm(T) and γ (t) (P Nc [m] in the program. Fswsqr, nc [m]. Bswsqr, nc [m ]. gamma) is calculated. The first cycle of the loop is the zero cycle of the program. Nc [0]. Calculated in the stage update part. Fswsqr and nc [0]. Bsw Use sqr.   The seventh part of the program in the loop started with the fifth part of the program Next to the m-th stage of the regression filter (s) at block 180 Regression coefficient registers 96 and 96 in both regression filters, as shown in And 98 values κm, λa(T) and κm, λb(T) (nc [m] .K in the program) a And nc [m]. K b) is calculated. Intermediate error signal em, λa(T) and em, λb (T) and variable ρm, λa(T) and ρm, λb(T) (nc [m]. err a and nc [m]. err b, nc [m]. roh a and nc [m ]. roh b) is also calculated.   The loop iterates until it passes the convergence test. Increasing the means of estimating the joint process The bundle test is also repeated each time the loop repeats until "run" Be executed. Weighted sum F of forward prediction error and backward prediction errorm(T) + Bm(T ) Is less than or equal to 0.00001, the loop ends. If not, The sixth and seventh parts of the program are repeated.   The output of this subroutine is the sample set S input to the program.λa( t) and SλbA valid approximation s "for the primary signal part of (t)λa(T) and s "λb (T) or a valid approximation n ″ for the secondary signalλa(T) and n "λbAt (t) is there. Many sets of measurement signal samples have primary or secondary signal portions After an approximation to the combined process estimator has been estimated, the compilation of the output is For plethysmographic waves or motion artifacts at each wavelength λa and λb It provides a wave that is a valid approximation to it.   The subroutine in Appendix B is just one embodiment of implementing equations (54)-(64) Please understand that. The execution of the normalized QRD-LSL equation is simple, but the normalization equation Subroutine is attached as Appendix C, and subroutine of QRD-LSL algorithm is attached. The chin is attached as Appendix D.   The reference signal used in the correlation canceller such as the adaptive noise canceller is determined, and the A processor according to the invention for removing or deriving primary and secondary components from physical measurements One embodiment of a physiological monitor with a sensor has been described in the form of pulse oximetry. However, those skilled in the art will recognize that other types of physiological monitors can use the above described techniques. It will be obvious.   Further, using the signal processing technology described in the present invention, continuous time or substantially continuous The arterial and venous blood oxygen saturation of the physiological system Can also be calculated. These calculations are performed when the physiological system is intentionally affected. It can be performed whether or not it is turned on.   Furthermore, the primary or secondary signal part is removed to determine the reference signal Or the conversion and proportionality factor of the measurement signal other than the log conversion that allows it to be derived It will be appreciated that the determination of Furthermore, the proportional factor r is the first Although described in the text as a ratio of a portion of the signal to a portion of the second signal, the portion of the second signal A similar proportionality constant, determined as the ratio of a portion of the first signal to the first signal, is also provided by the processor of the present invention. Could be used. In the latter case, the secondary reference signal is generally n ′ (t) = nλb( t) -rnλaWill be similar to (t).   Furthermore, a correlation cancellation technique other than the joint process estimation is shared with the reference signal of the present invention. It is understood that it can be used for. These are, inter alia, least squares algorithms, Wavelet transform, spectrum estimation technology, neural network , Weiner and Kalman filters, but these Not limited.   One skilled in the art can use the techniques of the present invention for many different types of physiological monitors. You will understand that. Other types of physiological monitors include ECG, blood pressure monitors , Blood component monitor (other than oxygen saturation), capnogram, heart rate monitor, respiration monitor Or an anesthesia depth monitor, but is not limited thereto. In addition, Salizer, drug monitor, cholesterol monitor, glucose monitor, carbon dioxide Measuring the pressure and amount of substances in the human body such as elementary monitors or carbon monoxide monitors The techniques described above can also be used for monitors.   Further, the primary signal or the composite signal containing both the primary component and the secondary component The techniques described above for removing or deriving secondary signals are also very closely cross-correlated, Those skilled in the art will understand that the present invention can be applied to an electrocardiogram (ECG) signal derived from a given site. Will understand. A three-pole Laplacian electrode sensor as shown in FIG. , "IEEE Transactions on Biomedical Engineering", Vol. 39, No. 1, Bin He and Richard Jay in Issue 1 (November 1992). Ko “Body Surface Laplacian ECG Mapping” by Richard J. Cohen ECG sensor, which is a variant of the bipolar Laplacian electrode described in It should be understood that it can be used as a device. Used to meet the requirements of the present invention It should also be understood that there are a myriad of possible ECG sensor configurations to obtain. The same type of sensor can also be used for EEG and EMG measurements.   Further, those skilled in the art will recognize that a signal composed of reflected energy rather than transmitted energy. It will be appreciated that the techniques described above can also be implemented on the issue. Acoustic energy, X-ray Energy, gamma ray energy, or light energy (but not (Not limited) The primary or secondary part of the measurement signal of any type of energy It will also be appreciated that the minutes can be estimated by the techniques described above. Therefore, those skilled in the art The signal is transmitted through a part of the human body and reflected from the body as it returns to this part of the human body Understand that the technology of the present invention can be applied to monitors such as monitors using ultrasonic waves. Will. In addition, monitors such as echocardiography rely on transmission and reflection. The technique of the present invention can be used because it is very large.   Having described the invention with a physiological monitor, the signal processing techniques of the invention Used in many areas, including but not limited to the processing of biological signals. Can be. The present invention relates to a signal processor including a detector, comprising: A first signal portion including a second secondary signal portion and a second primary signal portion and a second secondary signal portion. In any situation of receiving a first signal including a second signal portion including a signal portion, An invention can be provided. Therefore, the signal processor of the present invention can Can be easily applied to the area.                                   Appendix A     Digital signal processing using an efficient multiphase regression all-pass filter   Fred Harris*, Maximilian de 'Olle de Rantremanj And AG. Constantinides** * United States 92182-0190 San Diego, California San Diego State University Department of Electrical and Computer Engineering** United Kingdom London D.W. 7-2 Beatty Ixibi Signal Road Chemical Engineering Medical School Imperial University Faculty of Electrical Engineering Signal Processing Section   Abstract: Digital filters are significantly smaller computations as multiphase regression all-pass networks Can be realized at load. These networks are M-parallel all-pass subfields. As a sum of the phase shifts, constructively add the phase shift in the passband and add It is formed with a choice to be added destructively. Design we provide here The technology is gained by a new optimization algorithm (described in detail later) It is a prototype M-pass regression all-pass filter. These filters are Operated with a combination of over-coordinate transformation, re-sampling, and cascade selection. We follow the example of a sampling system obtained by the technology provided here Here are some designs using this new algorithm. International Conference on Signal P Reporting in processing             April-June, 1991, Florence, Italy 1. introduction   A standard finite impulse response (FIR) filter is tapped as shown in FIG. Can be modeled as a weighted sum of the contents of the delay line with loops. This combination The total is represented by (1), and the transfer function of this filter is represented by (2).   We assume that the frequency selectivity of the filter output is I noticed that it was due to phase shift between pulls. This phase sum is shown in FIG. At two different frequencies.   It is the phase shift that is related to the frequency-dependent gain of the filter. Please note that there is no. This weighting term mainly depends on the pass band width of the filter and Used to control stopband attenuation. Spatial beaming (with beam spoiler (1) and signal synthesis (peak-to-rms control) (2) The idea is to use phase shifts (at any amplitude) configured to serve the same purpose. It is to use.   The class of filter we describe here is that the weight of the FIR filter is frequency dependent. Replace with an all-pass sub-filter that shows a unit gain by existing phase displacement. Multi-phase structure As expected, the all-pass subfilter (shown in FIG. 34 (3))nWith a first-order polynomial And M is the number of taps in the structure. This composite form uses a 41b multiphase structure. It is shown in FIG. 41a in a reflected modified form. The transfer function of this structure is (4 ).   Figures 44a and 44b show two and three full pass stages respectively for each pass. Derived from this new algorithm for two-pass and five-pass filters with 3 illustrates an example of an identical ripple design. Mutual suppression to optimal design (See the above journal Described) determines the possible number of stages per pass of the 5-pass filter by an optimal 5-pass filter. The overfilter uses three less stages than assigned to the design. Thus, the sequence (1, 1, 1, 1, 0), (2, 2, 2, 1, 2), (3, 3 , 2, 2, 2), etc. Similarly, the two-pass filter is a sequence (1, 1 ), (2, 1), (2, 2), (2, 3), (3, 3), etc. 2.2-pass filter   We consider that this structure, even if we narrow our point to a two-pass filter, It has been found that there are many interesting properties and clear uses. 2 as designed The pass filter is a 0.25f, 3dB bandwidth half bandwidth filter. This If the point is limited to half the sampling frequency, the filter is standard Is the same as the half-bandwidth Butterworth obtained by the bilinear transformation. This special In the case of a source, the real part of the root position is zero. If this zero point is the equivalent ripple stop Once optimized for stopband operation, the filter is a constrained elliptical filter become. This constraint is related to the characteristics of the complementary all-pass filter. We have two passes H for all-pass sections for filters0(0) and H1(0) (See FIG. 35) ), Half of the total and the difference A (0) and B (0) Determine the pass and high pass filters. We have all transit sections satisfy (5) From this (5), we can use the low-pass filter and high-pass filter shown in (6). To derive the power relationship between them.   We now interpret how this relationship affects the two-pass filter. Supplement For the foot filter we set the minimum passband gain to 1-ε1Defined by the highest stop Band gain εTwoDefined by Replacing (6) with these gains gives (7) Is obtained.   ε1Is small, then (ε1)TwoCan be neglected, and the equation (8) is derived. It is.   Therefore, if the stopband attenuation is selected to be 0.001 (60. dB), The band ripple is 0.0000005 (126.0 dB) or The minimum gain is 0.9999999 (-0.00000022 dB). Understanding As possible, these filters have a significantly flat passband. 2-pass equivalent The ripple stopband filter has a passband and stopband having -3.0 dB at 0.25f. This is an elliptic filter in which a stop band filter is a set. 2 pass and equivalent elliptical shape There are two major differences from the standard practice of Ruta. One is 4 to 1 for multiplication It is a saving, versus direct execution requiring eight coefficients (including scaling). However, the fifth-order half-bandwidth two-pass filter required only two coefficients. Second, all passes Structure shows unit gain in internal state, thus preserving internal state as in standard practice Does not require registers with extended precision.   As with any filter design, the transition bandwidth is outside the band attenuation at a fixed order. Can be swapped, or the transition bandwidth can be increased by increasing the filter order. And can be steeper for a fixed attenuation. By two-pass structure Mono for elliptical filters and Butterworth filters that can be implemented Although there is a graph, a simple approximate relationship of the equivalent ripple filter is expressed in (9). Where A (dB) is the attenuation in dB and Δf is the transition bandwidth Where N is the total number of all passing segments in the filter.                         2A. Hilbert transform filter   The Hilbert transform is considered to be a particular type of half-band filter. this Model and implement a wideband 90 'phase shift network. HT ( DSP application to form the analytic signal a (n) as represented in 10) This signal is often used in applications where this signal is restricted to the positive (or negative) frequency band. This is a signal having a spectrum.   A 2-pass filter can be formed in several ways as an HT, A simple method similar to the transform performed by the high-pass FIR filter (4) is Heterodyne half-band filter to sample frequency. Original filter If the response and the transformation are denoted by h (n) and H (Z) respectively, the heterodyne table The current can be easily understood from that of (11).   The conversion of the half-band filter to the HT filter is based on the transfer function of each Z1To -jZ-1Put on This is done by transposition. Since the polynomial of the all-pass subfilter is quadratic, Is transformed by changing the sign of the coefficients used in each all-pass subfilter. , And -j with low pass delay. These operations are shown in FIG.                     2B. Interpolation and decimation filters   Two-to-one resampling (up or down, generally interpolation and decimation Any half-bandwidth filter may be used to No. A finite impulse response (FIR) filter has a zero input point ( Upsampling) can be operated with multiphase distribution without processing, or Discarded output points (downsampling) can be calculated. this The option cannot be used for general regression filters, Optional for filters. The M-pass filter is one of the M-order sub-filters. Divided into multiphase segments due to the interaction of the partial delay and the delay line of each pass . This relationship is particularly simple to see in 2-pass filters. Index n0 The impulse applied to the low side simultaneously contributes to the output via the high pass while the low side The excess delay Z from the band pass1Does not produce output until the next index No. During that same next index, the high pass willTwoRelated to polynomials Z1Since there is no passage, it does not contribute to the output. Therefore, the filter is It gives successive samples of the impulse response from each other.   Downsampling is performed at each pass of the filter operating at a reduced input rate. By providing alternate input samples to. Second pass delay input As achieved by commutation, the physical delay of its passage is eliminated You. The filtered downsampled output is the sum of the responses of the two passes or Is generated by the difference. The calculation rate per input sample point is It is half of that of the unpulled filter, and therefore the two-pass filter of FIG. If the filter is used for downsampling, perform three multiplications per input point. Run.   Upsampling is done by reversing the downsampling process. Is done. This involves transmitting the same input to the two passes and converting between their outputs . Both forms of resampling are illustrated in FIG. As in the previous example 44a is used for upsampling, the output port Perform multiplications three times per int.   The cascading operation of supplementary output downsampling and upsampling is , Two-band maximally decimated quarter mirror filtering and reconstruction Execute (5).   Multiple stages of upsampling filter or downsampling filter Cascading means loading significantly less work per data point and Sample rate conversion can be achieved. For example, a cutoff frequency of 0.4f 1 to 16 up with 96 dB dynamic range for signals with numbers The sampler computes all of the orders (3,3), (2,2), (2,1) and (1,1). Requires a 2-pass filter with a continuously low number of pass stages. This is out With an average workload of about 2.7 operations per force point, for 16 outputs A total of 42 multiplications are required.                    2C. Iterative multiphase all-pass filter   The all-pass network mentioned earlier is ZnAnd especially 2-pass Z for the filterTwoFormed by K times the spectrum of the original filter A useful transformation to obtain a higher order filter that indicates the iteration isTwoTo Z2kReplace with That is. For K = 2, the half-band filter concentrated on DC has DC and f, / It becomes a pair of quarter-band filters concentrated on 2. Iterative filter spectral repetition Is shown in FIG.   This conversion converts the spectrum of the prototype filter by 1 / K, Note that it reduces both over-bandwidth and transition width. Therefore, very steep The low transition polynomial of the 2K order obtained through the delay element This is achieved through the use of expressions. The energy in the repetitive spectral region can vary Filters incorporating order resampling and reduced order iterative filters Can be removed. 3.Effective all-pass filter bank   Effective spectral distribution cascades the output of the iterative low-pass and HT filters. Obtained by cading and resampling. For example, four quads The spectrum of the 4-channel filter bank concentrated on the runt is the complementary half-band filter. 39, which includes a resampler as represented on the left side of FIG. A pair of coupled HT filters follows. This 70 dB attenuation filter set The workload for this is three multiplications per output channel.   A 4-channel filter bank straddling the previous set (ie, four main Axially concentrated) by two complementary half-band filters, then a complementary half-band Iterated and formed by the sample filter and the resample HT filter be able to. This spectrum of this filter set is represented on the right side of FIG. You. The workload for this 70 dB attenuation filter set is Multiplication twice. 4.Other all-pass transformations   The prototype complementary all-pass filter set also provides a standard all-pass conversion (6). Therefore, it can be converted to a filter having an arbitrary bandwidth and an arbitrary center frequency. The low-pass transform for the half-band filter is shown in (12).   This conversion is based on the fact that the -3 dB point has0So that the frequency of the filter is Warp a number variable. θ0Is not π / 2, the second order of the all-pass subfilter The polynomial is z-1Get the coefficient of the term. The synthesis filter operates twice per pole-zero pair. Multiplication is required, but this is still half the workload of the conventional baseline configuration. In addition, the pole at the origin converts to a first order all-pass filter (due to the delay of the second pass), Converting an inactive pole to an active pole requires an additional primary stage. FIG. Shows a warped version of the frequency of the filter shown in FIG. 44a. This file Both the filter and its complement can be obtained from the warped structure.   The band-pass conversion is represented by (13). In this conversion, the center frequency is frequency θ1The frequency variable of the filter so that Warp. θ1Is equal to 0.0, this transformation is C. Stated in the anti Equivalent to the inverse transformation. At any other frequency, this transform will add a second order all-pass filter to the fourth order Convert to a passing structure. This forms the four pole-zero pairs of the synthesis filter Requires four multiplications, which is still half the traditional standard form workload . In addition, the transformation involves a second-order all-pass step through the real poles (which are originally the image of the poles at the origin). To a pair of complex poles that requires a page. FIG. 45 shows the filter shown in FIG. Provides a frequency warped version. As before, this filter and its Can be obtained from the warped structure.   Other transformations and geometries (7) can be used with digital all-pass structures. Readers are directed to the references in this paper listed for a wealth of options .   (3) root, anThe Mth root of, and its reciprocal, are shown in FIG. As shown, they are arranged at equal intervals around the origin. In all passing stages Note that we realize M poles and M zeros per multiplication. This is for example The standard (factored or unfactored) standard form has one pole (or Is zero), whereas a 2-pass filter provides two poles and two zeros per multiplication Means that   Surrounding the unit circle, the all-pass sub-filter has a position near each pole-zero pair. It is clear that the phase shows a rapid change. Proper selection of pole positions By doing so, the phase displacement of each leg of the M-pass filter is To be matched or changed by a multiplication of 2π / M over the Torr interval it can. This is shown in FIGS. 43A-43D with M = 2 and M = 4. All pass The coefficients of the sub-filter are determined by the standard algorithm (3) or by Harris and Druer. Can be determined by new algorithms developed and recently published In a journal paper (SignalProcessing magazine). 5.Conclusion   The formation and usability of the all-pass polyphase filter structure was verified. Next we go through M-pass Several all-pass transforms are provided that can be easily applied to the pass-filter set. 2-through Although emphasized on over-networks, this paper can be easily extended to any M You. Mentions a new set of algorithms for designing M-pass filters But this will be reported in SignalProcessing in the near future. Would. We use this algorithm to generate the examples presented in this paper. Has shown the possibility of rhythm.   The main advantage of these structures is that they have very low power for a given filter task. Claude. Other papers (8, 9, 10) are presented by these filters The low sensitivity to the finite operation was discussed. The primary use of these filters Obstacles are due to these novelties and the lack of available design methods for calculating filter weights. It is like. This paper (in line with the excellent survey heard in the book) The next paper deals with the second issue. 6.Acknowledgment     This study was supported by the San Diego State University (SDSU) and the University of California Industry / Integrated Circuit System (ICAS) at NSD (UCSD) The University Joint Research Center (I / UCRC) was partially sponsored.                               Appendix B                             Appendix C                             Appendix D

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG ,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN, TD,TG),AP(KE,MW,SD,SZ,UG), AL,AM,AT,AU,BB,BG,BR,BY,C A,CH,CN,CZ,DE,DK,EE,ES,FI ,GB,GE,HU,IS,JP,KE,KG,KP, KR,KZ,LK,LR,LT,LU,LV,MD,M G,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT ,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,TJ, TM,TT,UA,UG,UZ,VN (72)発明者 エルファデル、イブラヒム エム. アメリカ合衆国 92677 カリフォルニア 州 ラグナ ニゲル テスィアー ストリ ート 30041 アパートメント 218 (72)発明者 マックカーシー、レックス ジョン アメリカ合衆国 92691 カリフォルニア 州 ミッション ビエッホ ブエンディア 22832 (72)発明者 ウエバー、ウォルター マイケル アメリカ合衆国 90046 カリフォルニア 州 ロサンジェルス ヒルサイド アベニ ュ ナンバー 108 7260 (72)発明者 スミス、ロバート エー. アメリカ合衆国 91720 カリフォルニア 州 コロナ ウエスト モンテレー ロー ド 415────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IE, IT, LU, M C, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF, CG , CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (KE, MW, SD, SZ, UG), AL, AM, AT, AU, BB, BG, BR, BY, C A, CH, CN, CZ, DE, DK, EE, ES, FI , GB, GE, HU, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LK, LR, LT, LU, LV, MD, M G, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT , RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, TJ, TM, TT, UA, UG, UZ, VN (72) Inventors Elfadel, Ibrahim M.             United States 92677 California             Province Laguna Niguel Tessir Stori             To 30041 Apartments 218 (72) Inventor McKersey, Rex John             United States 92691 California             Mission Viejo Buendia Province               22832 (72) Inventor Webber, Walter Michael             United States 90046 California             Los Angeles Hillside Aveni             No. 108 7260 (72) Inventor Smith, Robert A.             United States 91720 California             Corona West Monterrey Row             De 415

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1.少なくとも2つの測定信号S1及びS2を処理する信号プロセッサにおいて、 各測定信号が一次信号部分sと二次信号部分nとを含み、前記信号S1及びS2が 、S1=s1+n1及びS2=s2+n2の関係に従い、s1とs2、n1とn2が、s1 =ra2、n1=rv2の関係を有し、ra及びrvが係数であり、上記信号プロ セッサにおいて、 s1とn1の相関を最小化する係数raの値を決定するステップと、 前記raの値から血液酸素飽和度を計算するステップと、 血液酸素飽和度をディスプレイにディスプレイするステップと、 を含む方法。 2.少なくとも2つの測定信号S1及びS2を処理する信号プロセッサにおいて、 各測定信号が一次信号部分sと二次信号部分nとを含み、前記信号S1及びS2が 、S1=s1+n1及びS2=s2+n2の関係に従い、s1とs2、n1とn2が、s1 =ra2、n1=rv2の関係を有し、ra及びrvが係数であり、上記信号プロ セッサにおいて、 s1とn1の相関を最小化する係数raの値を決定するステップと、 決定されたraの値を用いて、第1測定信号若しくは第2測定信号の少なくと も1つからnを減じるように第1信号及び第2信号の少なくとも1つを処理して 、クリーンな信号を形成するステップと、 を含む方法。 3.得られたクリーンな信号をディスプレイ上にディスプレイするステップをさ らに含む、ことを特徴とする請求項2に記載の方法。 4.前記第1測定信号及び前記第2測定信号が生理学的信号であり、前記クリー ンな信号を処理して前記第1測定信号及び前記第2測定信号から生理学的パラメ ータを決定するステップを含む、ことを特徴とする請求項2に記載の方法。 5.前記生理学的パラメータが動脈酸素飽和度である、ことを特徴とする請求項 4に記載の方法。 6.前記生理学的パラメータがECG信号である、ことを特徴とする請求項4に 記載の方法。 7.前記測定信号の第1部分が心拍プレチスモグラフを示し、脈拍数を計算する ステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項2に記載の方法。 8.生理学的モニタであって、 一次部分s1及び二次部分n1を有する第1測定信号S1を受信するように構成 される第1入力を含み、 一次部分s2及び二次部分n2を有する第2測定信号S2を受信するように構成 される第2入力を含み、 前記第1測定信号S1及び前記第2測定信号S2が、 S1=s1+n1 2=s2+n2 の関係に従い、 s1とs2、n1とn2が、 s1=ra2、及びn1=rv2 の関係を有し、 ra及びrvが係数であり、 前記生理学的モニタがさらに、 走査基準プロセッサを含み、該走査基準プロセッサが複数のraの可能値に応 答してraの各可能値を前記第2測定信号に乗算し、得られた値の各々に対して 、得られた値を前記第1測定信号から減算して、複数の出力信号を提供し、 第1測定信号を受信するように構成された第1入力と、前記飽和度走査基準プ ロセッサからの複数の出力信号を受信するように構成された第2入力とを有する 相関解除装置を含み、該相関解除装置が、複数の出力信号と第1測定信号との相 関解除に対応する複数の出力ベクトルを提供し、 前記相関解除装置から複数の出力ベクトルを受信するように構成された入力を 有する積分手段を含み、該積分手段が、複数の出力ベクトルに応答して各出力ベ クトルに対応するパワーを決定し、 入力を前記積分手段の出力に接続される極値検出手段を含み、該極値検出手段 が、各出力ベクトルに対応する前記パワーに応答して選択されるパワーを検出す る、 ことを特徴とする生理学的モニタ。 9.前記複数の可能値が、選択された血液成分の複数の可能値に対応する、こと を特徴とする請求項8に記載の生理学的モニタ。 10.前記選択された血液成分が動脈血液酸素飽和度である、ことを特徴とする 請求項9に記載の生理学的モニタ。 11.前記選択された血液成分が静脈血液酸素飽和度である、ことを特徴とする 請求項9に記載の生理学的モニタ。 12.前記選択された血液成分が一酸化炭素である、ことを特徴とする請求項9 に記載の生理学的モニタ。 13.前記複数の可能値が生理学的濃度に対応する、ことを特徴とする請求項8 に記載の生理学的モニタ。 14.生理学的モニタであって、 一次部分s1及び二次部分n1を有する第1測定信号S1を受信するように構成 される第1入力を含み、 一次部分s2及び二次部分n2を有する第2測定信号S2を受信するように構成 される第2入力を含み、 前記第1測定信号S1及び前記第2測定信号S2が、 S1=s1+n1 2=s2+n2 の関係に従い、 s1とs2、n1とn2が、 s1=ra2、及びn1=rv2 の関係を有し、 ra及びrvが係数であり、 前記生理学的モニタがさらに、 変換モジュールを含み、該変換モジュールが、前記第1測定信号及び前記第2 測定信号とraの複数の可能値とに応答して、少なくとも1つのパワー曲線を出 力し、 極値計算モジュールを含み、該極値計算モジュールが、前記少なくとも1つの パワー曲線に応答して、sとnの相関を最小化するraの値を選択し、このraの 値から対応する飽和度値を出力として計算し、 ディスプレイモジュールを含み、該ディスプレイモジュールが前記計算された 飽和度の出力に応答して前記飽和度値をディスプレイする、 ことを特徴とする生理学的モニタ。 15.少なくとも2つの測定信号を処理する信号プロセッサにおいて、各測定信 号が一次信号部分と二次信号部分とを含み、第1信号及び第2信号が実質的に所 定の信号モデルに従い、前記信号プロセッサにおいて、 前記第1信号及び第2信号を所定期間にわたってサンプリングし、該所定期間 にわたって前記第1信号を示す第1の複数のデータポイントと、該所定期間にわ たって前記第2信号を示す第2の一連のデータポイントとを得るステップを含み 、 前記第1の一連のデータポイントを変換して、少なくとも周波数成分と振幅成 分を有する第1の一連の変換ポイントにし、前記第2の一連のデータポイントを 変換して、少なくとも周波数成分と振幅成分を有する第2の一連の変換ポイント にするステップを含み、 前記第1の一連の変換ポイントと第2の一連の変換ポイントとを比較して、振 幅成分と少なくとも周波数成分を有する第3の一連の比較値を得るステップを含 み、 前記比較値の中から、選択されたしきい値内の振幅を有する少なくとも1つの 比較値を選択するステップを含み、 選択された少なくとも1つの比較値から、所定の信号モデルに一致する結果値 を選択するステップを含む、 ことを特徴とする方法。 16.第1の一連の変換ポイント対第2の一連の変換ポイントの比を決定し、前 記比較値の少なくとも1つを選択するステップが、決定された比の中でより低い 比を選択するステップを含む、ことを特徴とする請求項15に記載の方法。 17.結果値を決定するステップが、選択された比から血液酸素飽和度を計算す ることを含む、ことを特徴とする請求項16に記載の方法。 18.前記結果値が血液酸素飽和度である、ことを特徴とする請求項15に記載 の方法。 19.前記結果値が脈拍数である、ことを特徴とする請求項15に記載の方法。 20.少なくとも2つの測定信号を処理する信号プロセッサにおいて、各測定信 号が一次信号部分と二次信号部分とを含み、第1信号及び第2信号が、血液成分 飽和度に対する信号モデルに実質的に従い、前記信号プロセッサにおいて、 或る期間にわたって前記第1信号と前記第2信号をサンプリングし、該所定期 間にわたって前記第1信号を示す第1の複数のデータポイントと、該所定期間に わたって前記第2信号を示す第2の一連のデータポイントとを得るステップを含 み、 前記第1の一連のデータポイントを時間ドメインから周波数ドメインへと変換 して、第1の一連の変換ポイントと第2の一連の変換ポイントとを得るステップ を含み、該第1及び第2の一連の変換ポイントが、振幅成分と少なくとも周波数 成分とを有し、 前記第1の一連の変換ポイントの周波数対前記第2の一連の変換ポイントの周 波数の一連の比に対して、一連の振幅の比を決定するステップを含み、 前記一連の振幅の比から、選択されたしきい値内の振幅を有する少なくとも1 つの比を選択するステップを含み、 選択された少なくとも1つの比から、前記信号モデルに一致する結果値を決定 するステップを含む、 ことを特徴とする方法。 21.前記比が血液酸素飽和度に対応し、前記少なくとも1つの比を選択するス テップが、血液酸素飽和度のより高い値に対応する少なくとも1つの比を選択す ることを含む、ことを特徴とする請求項20に記載の方法。 22.結果値を決定するステップが、選択された少なくとも1つの比から血液酸 素飽和度を計算することを含む、ことを特徴とする請求項21に記載の方法。 23.ウィンドウ関数を用いて、前記第1の一連の変換ポイント若しくは前記第 2の一連の変換ポイントの少なくとも1つを前記結果値と組み合わせるするステ ップを含み、 組み合わせられたものにスペクトル分析を実行して脈拍数を得るステップを含 む、 ことを特徴とする請求項22に記載の方法。 25.ウィンドウ関数を用いて、前記第1の一連の変換ポイント若しくは前記第 2の一連の変換ポイントの少なくとも1つを前記結果値と組み合わせるステップ を含み、 逆ウィンドウ関数を実行してプレチスモグラフを得るステップを含む、 ことを特徴とする請求項22に記載の方法。 24.前記結果値が血液酸素飽和度である、ことを特徴とする請求項22に記載 の方法。 26.少なくとも2つの測定信号を処理する信号プロセッサにおいて、各測定信 号が一次信号部分と二次信号部分とを含み、前記第1信号及び第2信号が、実質 的に信号モデルに従い、前記信号プロセッサにおいて、 所定の期間にわたって前記第1信号及び第2信号をサンプリングし、該所定の 期間にわたって前記第1信号を示す第1の複数のデータポイントと該所定の期間 にわたって前記第2信号を示す第2の一連のデータポイントとを得るステップを 含み、 前記第1及び第2の一連のデータポイントを用いて高速飽和変換を実行して、 周波数ドメインにおける一連の変換データポイントを得るステップを含み、 前記複数の飽和度値から選択された飽和度値を決定するステップを含む、 ことを特徴とする方法。 27.前記選択された飽和度値が動脈血液酸素飽和度である、ことを特徴とする 請求項26に記載の方法。 28.前記選択された飽和度値が静脈血液酸素飽和度である、ことを特徴とする 請求項26に記載の方法。 29.前記高速飽和度変換を実行するステップが、前記第1の一連のデータポイ ント及び第2の一連のデータポイントから第1の複数の中間変換ポイント及び第 2の複数の中間変換ポイントを計算するステップを含み、前記方法がさらに、前 記選択された飽和度値及び前記第1の複数の中間変換ポイントから脈拍数を決定 するステップを含む、ことを特徴とする請求項26に記載の方法。 30.低ノイズ放射要素ドライバであって、 放射要素を含み、 コントロール入力及び出力を有する放射要素電流源を含み、該出力が前記放射 要素に対する電流駆動を提供し、 前記放射要素電流源のコントロール入力に出力を接続される放射要素電流源入 力スイッチを含み、該入力スイッチが少なくとも2つの入力のうちの1つに入力 を接続され、 前記放射要素に出力を接続され、少なくとも2つの入力のうちの1つに入力を 接続される放射要素電流源出力スイッチを含み、 放射要素スイッチ制御ラッチを含み、該制御ラッチが前記放射要素電流源入力 スイッチと前記放射要素電流源出力スイッチとに接続され、該放射要素スイッチ 制御ラッチが、前記スイッチへのどの入力が選択されるかを制御する、 ことを特徴とする低ノイズ放射要素ドライバ。 31.前記放射要素電流入力スイッチの前記少なくとも2つの入力が、前記電流 源に対する電源及びグラウンドである、ことを特徴とする請求項30に記載の低 ノイズ放射要素ドライバ。 32.コンビネーションであって、 第1伝播経路に沿って伝播する第1信号と第2伝播経路に沿って伝播する第2 信号に応答して、出力において第1信号及び第2信号の表現を提供する検出器を 含み、第1伝播経路及び第2伝播経路の一部が同一の伝播媒体中に位置され、前 記出力における第1信号の表現が一次信号部分及び二次信号部分を有し、第1信 号の一次信号部分が第1伝播経路の略全体に沿って減衰され、前記出力における 第2信号の表現が一次信号部分及び二次信号部分を有し、第2信号の一次信号部 分が第2伝播経路の略全体に沿って減衰され、 前記検出器に入力を接続される第1信号プロセッサを含み、第1信号プロセッ サが前記検出器からの第1信号及び第2信号の前記表現に応答して、第1信号と 第2信号を結合させ、第1信号及び第2信号の一次信号部分及び二次信号部分の それぞれいずれかの関数である一次基準信号若しくは二次基準信号のいずれかを 生成する、 ことを特徴とするコンビネーション。 33.二次基準信号と第1信号の前記表現とに応答して、第1信号の前記一次信 号部分の関数である出力信号を導出する第2信号プロセッサを含む、ことを特徴 とする請求項32に記載のコンビネーション。 34.前記第2信号プロセッサが相関解除装置を含む、ことを特徴とする請求項 33に記載のコンビネーション。 35.前記第2信号プロセッサが適応ノイズ解除装置である、ことを特徴とする 請求項33に記載のコンビネーション。 36.前記適応ノイズ解除装置が結合プロセス推定手段を含む、ことを特徴とす る請求項35に記載のコンビネーション。 37.前記結合プロセス推定手段が、最小自乗格子型予測手段及び回帰フィルタ を含む、ことを特徴とする請求項36に記載のコンビネーション。 38.前記一次基準信号と前記第1信号の表現に応答して、第1信号の前記二次 信号部分の関数である出力信号を導出する第2信号プロセッサを含む、ことを特 徴とする請求項32に記載のコンビネーション。 39.前記二次基準信号と前記第1信号の表現に応答して、前記第2信号の前記 一次信号部分の関数である出力信号を導出する第2信号プロセッサを含む、こと を特徴とする請求項32に記載のコンビネーション。 40.前記二次基準信号と前記第1信号の表現に応答して、前記第2信号の前記 二次信号部分の関数である成分を有する出力信号を導出する第2信号プロセッサ を含む、ことを特徴とする請求項32に記載のコンビネーション。 41.前記検出器が、第1信号及び第2信号により示される生理学的機能を検出 するように構成される、ことを特徴とする請求項32に記載のコンビネーション 。 42.前記検出器が血液成分を測定するように使用される、ことを特徴とする請 求項41に記載のコンビネーション。 43.前記検出器により測定される血液成分が血液ガスである、ことを特徴とす る請求項42に記載のコンビネーション。 44.前記検出器が、電磁エネルギーに応答するセンサを含む、ことを特徴とす る請求項41に記載のコンビネーション。 45.前記伝播媒体を通して前記検出器手段により受信された第1信号及び第2 信号に依存してプレチスモグラフ波形を測定するために、前記検出器手段に接続 される電磁手段をさらに含み、前記伝播媒体が生体内組織を含む、ことを特徴と する請求項32に記載のコンビネーション。 46.前記検出器に接続される脈拍酸素計を含み、該脈拍酸素計が、前記伝播媒 体を通して前記検出器により受信された第1信号及び第2信号に依存して生理学 的状態をモニタリングし、前記伝播媒体が生体内組織を含む、ことを特徴とする 請求項32に記載のコンビネーション。 47.前記伝播媒体を通して前記検出器により受信された前記第1信号及び第2 信号に依存して生理学的状態を導出するように構成される、前記検出器に接続さ れる血圧モニタをさらに含む、ことを特徴とする請求項32に記載のコンビネー ション。 48.前記検出器に接続される心電図を含み、該心電図が、前記伝播媒体を通し て前記検出器手段により受信された前記第1信号及び第2信号に依存して心電図 状態を決定するように使用され、前記伝播媒体が生体内組織を含む、ことを特徴 とする請求項32に記載のコンビネーション。 49.前記心電図が、3つの同心的に配列された電極を有する3極センサを含む 、ことを特徴とする請求項48に記載のコンビネーション。 50.物質の成分を示す装置であって、 第1入力及び第2入力を受信する第1信号プロセッサを含み、該第1入力が複 数の基準信号のうちの1つを含み、前記複数の基準信号の各々が第2入力に関連 し、 前記第2入力と前記複数の基準信号の各々とを前記第1信号プロセッサ手段に 提供する手段を含み、 前記信号プロセッサ手段に提供された前記複数の基準信号の各々に対する前記 第1信号プロセッサ手段の出力信号を検出する手段を含み、該出力信号が前記物 質の成分を示す、 ことを特徴とする物質の成分を示す装置。 51.前記第1信号プロセッサ手段が相関解除装置である、ことを特徴とする請 求項50に記載の物質の成分を示す装置。 52.前記第1信号プロセッサ手段が適応ノイズ解除装置である、ことを特徴と する請求項50に記載の物質の成分を示す装置。 53.前記適応ノイズ解除装置が結合プロセス推定手段を含む、ことを特徴とす る請求項52に記載の物質の成分を示す装置。 54.前記結合プロセス推定手段が最小自乗格子型予測手段と回帰フィルタを含 む、ことを特徴とする請求項53に記載の物質の成分を示す装置。 55.前記第1信号プロセッサ手段の出力信号の各々を受信する第2信号プロセ ッサ手段をさらに含み、該第2信号プロセッサ手段が、前記出力信号の各々を積 分して、積分された出力信号を示す累積出力信号を形成する、ことを特徴とする 請求項50に記載の装置。 56.前記検出器手段が、前記第2信号プロセッサ手段の前記累積出力信号の極 値に応答して前記物質の成分の示度を提供する、ことを特徴とする請求項55に 記載の物質の成分を示す装置。 57.前記検出手段が、前記第2信号プロセッサ手段の前記累積出力信号の変化 に応答して、前記物質の成分の示度を提供する、ことを特徴とする請求項55に 記載の物質の成分を示す装置。 58.前記第1信号プロセッサ手段に提供される前記第2入力が第1信号若しく は第2信号のうちの1つであり、前記第1信号及び第2信号の各々が、動脈信号 部分と静脈血液を示す別の信号部分とを有し、 前記第1信号及び第2信号と複数の信号係数とを受信する第2信号プロセッサ 手段をさらに含み、該第2信号プロセッサ手段の出力が、前記第1信号プロセッ サ手段に提供される前記第1入力を形成し、前記第2信号プロセッサ手段の出力 が、第1信号及び第2信号の動脈信号部分に関連する第1成分と、第1信号及び 第2信号の他の信号部分に関連する第2成分とを含む、ことを特徴とする請求項 50に記載の物質の成分を示す装置。 59.前記第1信号及び第2信号の各々の他の信号部分が、人間の呼吸の示度を 含む、ことを特徴とする請求項58に記載の物質の成分を示す装置。 60.前記第2信号プロセッサにより受信される前記複数の信号係数の少なくと も1つが、前記第1信号プロセッサへの前記第2入力の第1信号及び第2信号の 動脈信号部分に関連する、ことを特徴とする請求項58に記載の物質の成分を示 す装置。 61.前記第2信号プロセッサにより受信される前記複数の信号係数の少なくと も1つが、前記第1信号プロセッサ手段への前記第2入力の前記第1信号及び第 2信号の他の信号部分に関連する、ことを特徴とする請求項58に記載の物質の 成分を示す装置。 62.前記第1信号プロセッサ手段に与えられる第2入力が、第1信号若しくは 第2信号のうちの1つであり、前記第1信号及び第2信号の各々が、動脈信号部 分と静脈血液を示す別の信号部分とを有し、 前記第1信号及び第2信号と複数の信号係数とを受信する第2信号プロセッサ 手段をさらに含み、前記第2信号プロセッサ手段の出力が前記第1信号プロセッ サ手段に提供される前記第1入力を形成し、前記第2信号プロセッサ手段の出力 が、第1信号及び第2信号の動脈信号部分に関連する成分、又は第1信号及び第 2信号の他の信号部分に関連する成分を含む、 ことを特徴とする請求項50に記載の物質の成分を示す装置。 63.前記第1信号及び第2信号の各々の他の信号部分が人間の呼吸の示度を含 む、ことを特徴とする請求項62に記載の物質の成分を示す装置。 64.前記物質が人間の組織である、ことを特徴とする請求項50に記載の物質 の成分を示す装置。 65.前記検出器手段が、前記物質の成分を示す前記第1信号プロセッサ手段の 出力信号のパワーに応答する、ことを特徴とする請求項50に記載の物質の成分 を示す装置。 66.生体内組織中の動脈信号及び静脈信号を計算する装置であって、 第1伝播経路に沿って伝播する第1信号と第2伝播経路に沿って伝播する第2 信号を受信するように構成される検出器を含み、第1伝播経路及び第2伝播経路 の一部が伝播媒体中に位置され、前記第1信号が動脈血液を示す動脈信号部分と 静脈血液を示す別の信号部分とを有し、前記第2信号が動脈血液を示す動脈信号 部分と静脈血液を示す別の信号部分とを有し、 信号プロセッサ手段を含み、該信号プロセッサが、前記検出器に入力を接続さ れ、前記第1信号及び第2信号に応答して、前記第1信号及び第2信号の前記動 脈信号部分若しくは前記他の信号部分のいずれかの関数である重要成分を有する 信号を生成する、 ことを特徴とする生体内組織中の動脈信号及び静脈信号を計算する装置。 67.前記第1信号及び第2信号の各々の他の信号部分が人間の呼吸の示度を含 む、ことを特徴とする請求項66に記載の生体内組織中の動脈信号及び静脈信号 を計算する装置。 68.生体内組織中の動脈血液成分値及び静脈血液成分値を計算する装置であっ て、 第1入力及び第2入力を受信する信号プロセッサ手段を含み、前記第1入力が 、複数の基準信号のうちの1つを含み、該複数の基準信号の各々が第2出力に関 連し、 前記第2入力と前記第1入力の前記複数の基準信号の各々とを前記信号プロセ ッサ手段に提供する手段を含み、 前記第1入力の前記複数の基準信号の各々に対する前記信号プロセッサ手段の 出力信号のパワーを検出する手段を含み、該パワーが前記動脈血液成分値及び静 脈血液成分値を示す、 ことを特徴とする生体内組織中の動脈血液成分値及び静脈血液成分値を計算する 装置。 69.前記動脈血液成分値及び静脈血液成分値がそれぞれ、動脈血液及び静脈血 液の酸素飽和度である、ことを特徴とする請求項68に記載の生体内組織中の動 脈血液成分値及び静脈血液成分値を計算する装置。 70.生理学的モニタにおいてノイズを最小化する方法であって、 人間の心拍数の周波数を示す部分を有する第1測定信号を検出するステップと 、 人間の血液の酸素飽和度を少なくとも部分的に示す部分を有する少なくとも1 つの第2測定信号を検出するステップと、 前記第1測定信号から前記周波数を単離するステップと、 前記少なくとも1つの第2測定信号をチューナブルフィルタに提供するステッ プと、 前記チューナブルフィルタを用いて前記少なくとも1つの第2測定信号をフィ ルタリングするステップと、 を含む生理学的モニタにおいてノイズを最小化する方法。[Claims] 1. At least two measurement signals S1And STwoIn a signal processor that processes Each measurement signal includes a primary signal portion s and a secondary signal portion n, and the signal S1And STwoBut , S1= S1+ N1And STwo= STwo+ NTwoAccording to the relationship, s1And sTwo, N1And nTwoIs s1 = RasTwo, N1= RvnTwoHas the relationship of raAnd rvIs a coefficient, and the signal At Sessa,   s1And n1Coefficient r that minimizes the correlation ofaDetermining the value of   The raCalculating blood oxygen saturation from the value of   Displaying blood oxygen saturation on a display; A method that includes 2. At least two measurement signals S1And STwoIn a signal processor that processes Each measurement signal includes a primary signal portion s and a secondary signal portion n, and the signal S1And STwoBut , S1= S1+ N1And STwo= STwo+ NTwoAccording to the relationship, s1And sTwo, N1And nTwoIs s1 = RasTwo, N1= RvnTwoHas the relationship of raAnd rvIs a coefficient, and the signal At Sessa,   s1And n1Coefficient r that minimizes the correlation ofaDetermining the value of   Determined raUsing at least the first measurement signal or the second measurement signal Processing at least one of the first signal and the second signal to reduce n from one Forming a clean signal, A method that includes 3. Display the resulting clean signal on the display. 3. The method of claim 2, further comprising: 4. The first measurement signal and the second measurement signal are physiological signals, and And processing the physiological signal from the first and second measurement signals. 3. The method of claim 2, comprising determining data. 5. The physiologic parameter is arterial oxygen saturation. 4. The method according to 4. 6. The method according to claim 4, wherein the physiological parameter is an ECG signal. The described method. 7. A first part of the measurement signal indicates a heart rate plethysmograph and calculates a pulse rate The method of claim 2, further comprising the step of: 8. A physiological monitor,   Primary part s1And the secondary part n1Measurement signal S having1Configured to receive A first input to be   Primary part sTwoAnd the secondary part nTwoMeasurement signal S havingTwoConfigured to receive A second input to be The first measurement signal S1And the second measurement signal STwoBut,   S1= S1+ N1   STwo= STwo+ NTwo According to the relationship s1And sTwo, N1And nTwoBut,     s1= RasTwo, And n1= RvnTwo Have the relationship raAnd rvIs the coefficient, The physiological monitor further comprises:   A scan reference processor, the scan reference processor comprising a plurality of r.aAccording to the possible values of Answer raIs multiplied by each possible value of the second measurement signal, and for each of the obtained values Subtracting the obtained value from the first measurement signal to provide a plurality of output signals;   A first input configured to receive a first measurement signal; A second input configured to receive a plurality of output signals from the processor. A decorrelation device, wherein the decorrelation device correlates the plurality of output signals with the first measurement signal. Provide multiple output vectors corresponding to   An input configured to receive a plurality of output vectors from the decorrelator; Integrating means having a plurality of output vectors in response to the plurality of output vectors. Determine the power corresponding to the   Extremum detection means having an input connected to the output of the integration means, Detect a power selected in response to the power corresponding to each output vector. , A physiological monitor characterized by the following: 9. Wherein the plurality of possible values correspond to a plurality of possible values of the selected blood component. The physiological monitor according to claim 8, characterized in that: 10. Wherein the selected blood component is arterial blood oxygen saturation. A physiological monitor according to claim 9. 11. Wherein the selected blood component is venous blood oxygen saturation. A physiological monitor according to claim 9. 12. 10. The method of claim 9, wherein the selected blood component is carbon monoxide. A physiological monitor according to claim 1. 13. 9. The method of claim 8, wherein the plurality of possible values correspond to physiological concentrations. A physiological monitor according to claim 1. 14. A physiological monitor,   Primary part s1And the secondary part n1Measurement signal S having1Configured to receive A first input to be   Primary part sTwoAnd the secondary part nTwoMeasurement signal S havingTwoConfigured to receive A second input to be The first measurement signal S1And the second measurement signal STwoBut,   S1= S1+ N1   STwo= STwo+ NTwo According to the relationship s1And sTwo, N1And nTwoBut,   s1= RasTwo, And n1= RvnTwo Have the relationship raAnd rvIs the coefficient, The physiological monitor further comprises:   A conversion module, wherein the conversion module is configured to control the first measurement signal and the second measurement signal. Measurement signal and raGenerate at least one power curve in response to a plurality of possible values of Force   An extremum calculation module, wherein the extremum calculation module comprises the at least one R that minimizes the correlation between s and n in response to the power curveaAnd choose this raof Calculate the corresponding saturation value from the values as output,   A display module, wherein the display module comprises the calculated Displaying the saturation value in response to a saturation output; A physiological monitor characterized by the following: 15. A signal processor for processing at least two measurement signals, wherein each measurement signal is The signal includes a primary signal portion and a secondary signal portion, and the first signal and the second signal are substantially located. According to a constant signal model, in the signal processor:   Sampling the first signal and the second signal over a predetermined period, and A first plurality of data points representing the first signal over a predetermined period of time. And obtaining a second series of data points indicative of said second signal. ,   Transforming the first series of data points to at least a frequency component and an amplitude component; Into a first series of transformation points having Transform to a second series of transformation points having at least frequency and amplitude components Including the step of   The first series of conversion points and the second series of conversion points are compared and shaken. Obtaining a third series of comparison values having a width component and at least a frequency component. See   At least one of the comparison values having an amplitude within a selected threshold value Selecting a comparison value,   A result value that matches a predetermined signal model from at least one selected comparison value Including the step of selecting A method comprising: 16. Determining a ratio of a first series of transformation points to a second series of transformation points; Selecting at least one of the comparison values is lower than the determined ratio. The method of claim 15, comprising selecting a ratio. 17. The step of determining a result value comprises calculating blood oxygen saturation from the selected ratio. 17. The method of claim 16, comprising: 18. 16. The method of claim 15, wherein the result value is blood oxygen saturation. the method of. 19. The method of claim 15, wherein the result value is a pulse rate. 20. A signal processor for processing at least two measurement signals, wherein each measurement signal is The signal includes a primary signal portion and a secondary signal portion, and the first signal and the second signal are blood components. Substantially according to the signal model for saturation, in the signal processor:   Sampling the first signal and the second signal over a period of time, A first plurality of data points representing said first signal over a period of time, Obtaining a second series of data points representing said second signal. See   Transform the first series of data points from time domain to frequency domain Obtaining a first series of transformation points and a second series of transformation points Wherein the first and second series of transformation points comprise an amplitude component and at least a frequency Component and   The frequency of the first series of transformation points versus the circumference of the second series of transformation points Determining a ratio of a series of amplitudes to a series of ratios of wave numbers;   From the ratio of the series of amplitudes, at least one having an amplitude within a selected threshold. Selecting two ratios,   Determining, from the at least one selected ratio, a result value that matches the signal model Including the step of A method comprising: 21. Wherein the ratio corresponds to blood oxygen saturation, and wherein the at least one ratio is selected. Step selects at least one ratio corresponding to a higher value of blood oxygen saturation 21. The method of claim 20, comprising: 22. Determining a result value comprises determining the blood acid from at least one selected ratio. The method of claim 21, comprising calculating elementary saturation. 23. Using a window function, the first series of transformation points or the Combining at least one of a series of two transformation points with said result value. Including   Performing a spectral analysis on the combined to obtain a pulse rate. Mm 23. The method of claim 22, wherein: 25. Using a window function, the first series of transformation points or the Combining at least one of a series of two transformation points with said result value Including   Performing an inverse window function to obtain a plethysmograph. 23. The method of claim 22, wherein: 24. 23. The method according to claim 22, wherein the result value is blood oxygen saturation. the method of. 26. A signal processor for processing at least two measurement signals, wherein each measurement signal is The signal includes a primary signal portion and a secondary signal portion, wherein the first signal and the second signal are substantially In accordance with the signal model, in the signal processor,   Sampling the first signal and the second signal over a predetermined period, A first plurality of data points representing the first signal over a period and the predetermined period And a second series of data points representing said second signal over Including   Performing a fast saturation transform using the first and second series of data points; Obtaining a series of transformed data points in the frequency domain,   Determining a saturation value selected from the plurality of saturation values, A method comprising: 27. Wherein the selected saturation value is arterial blood oxygen saturation. The method of claim 26. 28. Wherein the selected saturation value is venous blood oxygen saturation. The method of claim 26. 29. The step of performing the fast saturation conversion comprises the step of executing the first series of data points. A first plurality of intermediate transformation points and a second series of data points. Calculating a plurality of intermediate transformation points, wherein the method further comprises: Determining a pulse rate from the selected saturation value and the first plurality of intermediate conversion points; 27. The method of claim 26, comprising the step of: 30. A low-noise radiating element driver,   Including radiating elements,   A radiating element current source having a control input and an output, wherein the output is Provide current drive for the element,   A radiating element current source input having an output connected to a control input of the radiating element current source; A power switch, wherein the input switch inputs to one of at least two inputs Is connected   An output is connected to the radiating element, and an input is provided to one of at least two inputs. A radiating element current source output switch to be connected,   A radiating element switch control latch, wherein the control latch is connected to the radiating element current source input; A radiating element switch connected to a switch and said radiating element current source output switch. A control latch controls which input to the switch is selected; A low-noise radiating element driver, characterized in that: 31. Wherein said at least two inputs of said radiating element current input switch comprise said current 31. The power supply of claim 30, wherein the power supply is a power source and a ground. Noise radiating element driver. 32. A combination   A first signal propagating along a first propagation path and a second signal propagating along a second propagation path A detector responsive to the signal to provide a representation of the first signal and the second signal at an output. The first propagation path and a part of the second propagation path are located in the same propagation medium, The representation of the first signal at the output has a primary signal portion and a secondary signal portion, and the first signal The primary signal portion of the signal is attenuated along substantially the entire first propagation path and at the output A representation of the second signal has a primary signal portion and a secondary signal portion, wherein the primary signal portion of the second signal Attenuated along substantially the entire second propagation path,   A first signal processor having an input connected to the detector; A first signal and a second signal in response to the representation of the first signal and the second signal from the detector. Combining the second signal to form a first signal portion and a second signal portion of the first signal and the second signal; Either the primary reference signal or the secondary reference signal, which is a function of either Generate, A combination characterized by the following. 33. Responsive to the secondary reference signal and the representation of the first signal, the primary signal of the first signal; A second signal processor for deriving an output signal that is a function of the signal portion. 33. The combination according to claim 32, wherein 34. The second signal processor includes a decorrelator. 33. The combination according to 33. 35. The second signal processor is an adaptive noise canceling device. A combination according to claim 33. 36. The adaptive noise canceling device includes a joint process estimating means. 36. The combination according to claim 35. 37. The combined process estimating means comprises a least squares grid type predicting means and a regression filter; 37. The combination of claim 36, comprising: 38. Responsive to the primary reference signal and the representation of the first signal, Including a second signal processor for deriving an output signal that is a function of the signal portion. 33. The combination according to claim 32, wherein the combination comprises: 39. Responsive to the secondary reference signal and the representation of the first signal, Including a second signal processor that derives an output signal that is a function of the primary signal portion. 33. The combination of claim 32, wherein: 40. Responsive to the secondary reference signal and the representation of the first signal, Second signal processor for deriving an output signal having a component that is a function of a secondary signal portion 33. The combination of claim 32, comprising: 41. The detector detects a physiological function indicated by the first signal and the second signal 33. The combination of claim 32, wherein the combination is configured to: . 42. Wherein said detector is used to measure a blood component. A combination according to claim 41. 43. The blood component measured by the detector is blood gas. 43. The combination of claim 42. 44. The detector comprises a sensor responsive to electromagnetic energy. 42. The combination according to claim 41. 45. A first signal and a second signal received by the detector means through the propagation medium. Connected to the detector means to measure the plethysmograph waveform depending on the signal Further comprising electromagnetic means, wherein the propagation medium includes tissue in a living body, 33. The combination according to claim 32. 46. A pulse oximeter connected to the detector, wherein the pulse oximeter is Physiology dependent on a first signal and a second signal received by the detector through the body Monitoring the target condition, wherein the propagation medium includes a tissue in a living body. A combination according to claim 32. 47. The first signal and the second signal received by the detector through the propagation medium Connected to the detector, configured to derive a physiological condition dependent on the signal. 33. The combination of claim 32, further comprising a blood pressure monitor that is operated. Option. 48. An electrocardiogram connected to the detector, wherein the electrocardiogram passes through the propagation medium. An electrocardiogram depending on the first and second signals received by the detector means. Used to determine a condition, wherein the propagation medium comprises tissue in vivo. 33. The combination according to claim 32, wherein 49. The electrocardiogram includes a three-pole sensor having three concentrically arranged electrodes 49. The combination of claim 48, wherein: 50. A device for indicating a component of a substance,   A first signal processor for receiving a first input and a second input, wherein the first input is A plurality of reference signals, wherein each of the plurality of reference signals is associated with a second input. And   Providing the second input and each of the plurality of reference signals to the first signal processor means; Including means to provide,   The signal processor for each of the plurality of reference signals provided to the signal processor means; Means for detecting an output signal of the first signal processor means, wherein the output signal is Indicate the quality components, An apparatus for indicating a component of a substance characterized by the above. 51. Wherein said first signal processor means is a decorrelation device. An apparatus for indicating the components of a substance according to claim 50. 52. Wherein the first signal processor means is an adaptive noise canceling device. 51. A device for indicating the components of a substance according to claim 50. 53. The adaptive noise canceling device includes a joint process estimating means. 53. An apparatus for indicating the components of a substance according to claim 52. 54. The combined process estimating means includes a least squares lattice type predicting means and a regression filter. 54. An apparatus for indicating a component of a substance according to claim 53. 55. A second signal processor for receiving each of the output signals of the first signal processor means; And second signal processor means for multiplying each of the output signals. Forming an accumulated output signal indicative of the integrated output signal. The apparatus of claim 50. 56. Said detector means comprising a pole of said accumulated output signal of said second signal processor means; 56. The method of claim 55, further comprising providing an indication of a component of the substance in response to the value. An apparatus showing the components of the described substances. 57. The detecting means detects a change in the accumulated output signal of the second signal processor means. The method of claim 55, further comprising providing an indication of a component of the substance in response to An apparatus showing the components of the described substances. 58. The second input provided to the first signal processor means is a first signal or a second signal; Is one of the second signals, wherein each of the first and second signals is an arterial signal. Part and another signal part indicating venous blood,   A second signal processor for receiving the first and second signals and a plurality of signal coefficients; Means, the output of the second signal processor means being connected to the first signal processor. Forming the first input provided to the second signal processor means and providing an output of the second signal processor means. Are the first component associated with the arterial signal portion of the first signal and the second signal; And a second component associated with another signal portion of the second signal. 50. An apparatus showing the components of the substance of 50. 59. The other signal portion of each of the first and second signals provides an indication of human respiration. 59. A device for indicating a component of a substance according to claim 58, comprising: 60. At least one of the plurality of signal coefficients received by the second signal processor; And one of the first and second signals of the second input to the first signal processor. 59. The composition of matter of claim 58 associated with an arterial signal portion. Device. 61. At least one of the plurality of signal coefficients received by the second signal processor; One of the first signal and the second signal of the second input to the first signal processor means. 59. The substance of claim 58, wherein the substance is related to another signal portion of the two signals. Device for indicating the components. 62. A second input provided to the first signal processor means is a first signal or One of the second signals, wherein each of the first signal and the second signal is an arterial signal part. Minute and another signal part indicating venous blood,   A second signal processor for receiving the first and second signals and a plurality of signal coefficients; Means, the output of said second signal processor means being connected to said first signal processor. Forming the first input provided to the second signal processor means and providing an output of the second signal processor means. Is a component related to the arterial signal portion of the first signal and the second signal, or the first signal and the second signal. Including components related to other signal portions of the two signals; 51. An apparatus for indicating a component of a substance according to claim 50. 63. Another signal portion of each of the first and second signals includes an indication of human respiration. 63. An apparatus for indicating a component of a substance according to claim 62. 64. The substance of claim 50, wherein the substance is human tissue. Device showing the components of 65. The detector means comprises a first signal processor means for indicating a component of the substance; The composition of claim 50 responsive to the power of an output signal. Showing device. 66. An apparatus for calculating an arterial signal and a vein signal in a tissue in a living body,   A first signal propagating along a first propagation path and a second signal propagating along a second propagation path A first propagation path and a second propagation path including a detector configured to receive a signal Are located in the propagation medium, wherein the first signal is an arterial signal portion indicative of arterial blood; Another signal portion indicative of venous blood, wherein the second signal is indicative of arterial blood. Part and another signal part indicating venous blood,   Signal processor means, the signal processor having an input connected to the detector. Responding to the first signal and the second signal in response to the movement of the first signal and the second signal. Having a significant component that is a function of the pulse signal portion or any of the other signal portions Generate a signal, An apparatus for calculating an arterial signal and a venous signal in a tissue in a living body. 67. Another signal portion of each of the first and second signals includes an indication of human respiration. 67. An arterial signal and a vein signal in a tissue in a living body according to claim 66, characterized in that: A device that calculates 68. An apparatus for calculating an arterial blood component value and a venous blood component value in a tissue in a living body. hand,   Signal processor means for receiving a first input and a second input, wherein the first input is , One of the plurality of reference signals, each of the plurality of reference signals being associated with a second output. And   Dividing the second input and each of the plurality of reference signals of the first input into the signal processor; Means for providing to the   The signal processor means for each of the plurality of reference signals at the first input; Means for detecting the power of the output signal, wherein the power is the arterial blood component value and the static Indicating a pulse blood component value, Calculating the arterial blood component value and the venous blood component value in the in-vivo tissue apparatus. 69. The arterial blood component value and the venous blood component value are respectively arterial blood and venous blood. 69. The dynamics in tissue of a living body according to claim 68, wherein the oxygen saturation of the liquid is used. A device that calculates a pulse blood component value and a venous blood component value. 70. A method for minimizing noise in a physiological monitor, comprising:   Detecting a first measurement signal having a portion indicative of the frequency of a human heart rate; ,   At least one having a portion at least partially indicative of oxygen saturation of human blood Detecting two second measurement signals;   Isolating the frequency from the first measurement signal;   Providing a step of providing the at least one second measurement signal to a tunable filter. And   Filtering the at least one second measurement signal using the tunable filter. A step of filtering. A method for minimizing noise in a physiological monitor comprising:
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